Elaboration et caractérisation des systèmes composites/nanoparticules et leurs applications dans le traitement des eaux

Abstract

في هذه الأطروحة، تم تصنيع جسيمات نانوية من الماغنيتيت (Fe₃O₄) والإبسيلون أكسيد الحديد (ε-Fe₂O₃) بطريقة صديقة للبيئة باستخدام كلوريد الحديديك (FeCl₃•6H₂O) وكلوريد الحديدوز (FeCl₂•4H₂O)، مع استخدام مستخلص قشور المشمش كعامل مختزل عند درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة 45 دقيقة. أكدت نتائج التوصيف FT-IR،DRX،MEB، ATG تشكل جسيمات بلورية مستقرة. كما كشفت التحاليل البصرية عن سلوك شبه موصل مع فجوات طاقية بلغت 2.59 إلكترون فولت لـ Fe₃O₄ و2.75 إلكترون فولت لـ ε-Fe₂O₃. وتشير الموصلية الضوئية ومعاملات الخمود العالية إلى امتصاص قوي للضوء، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الضوئية الحرارية. علاوة على ذلك، تم بنجاح إعداد مركبات نانوية من (Fe₃O₄/kaolinite) و (ε-Fe₂O₃/kaolinite)، حيث أظهرت النتائج وجود جسيمات تتراوح أحجامها بين 30 و70 نانومتر مدمجة داخل مصفوفة الكاولينيت. وقد أكدت التحاليل الهيكلية والحرارية تشكل هذه المركبات. أظهرت هذه المواد قدرة ممتازة على امتزاز صبغة الميثيلين الأزرق، حيث وصلت نسبة الإزالة إلى أكثر من 89% في غضون ساعة واحدة باستخدام كتلة صغيرة من المادة الممتزة. يتبع الامتزاز نموذج تيمكين (Temkin) بسعة قصوى تصل إلى 250 ملغ/غرام، بينما تتبع الحركية نموذج الدرجة الثانية الكاذب (pseudo-second ordre)، مما يشير إلى حدوث امتزاز كيميائي. كما يساهم الانتشار داخل الجسيمات في هذه العملية. تثبت هذه النتائج الإمكانات العالية والمستدامة لهذه المركبات النانوية في معالجة مياه الصرف الصحي.

In this thesis, Fe₃O₄ and ε-Fe₂O₃ nanoparticles were synthesized via an environmentally friendly route using FeCl₃•6H₂O, FeCl₂•4H₂O, and an apricot kernel extract as a reducing agent at 80 °C for 45 min. Characterizations (FTIR, XRD, SEM, TGA) confirmed the formation of stable crystalline particles. Optical analyses revealed semiconducting behavior with band gaps of 2.59 eV (Fe₃O₄) and 2.75 eV (ε-Fe₂O₃). The high photoconductivity and extinction coefficients indicate strong light absorption, favorable for photothermal applications. Fe₃O₄/kaolinite and ε-Fe₂O₃/kaolinite nanocomposites were then successfully fabricated, exhibiting 30–70 nm particles integrated within the matrix. Structural and thermal analyses confirmed their formation. These materials displayed excellent methylene blue adsorption capacity, reaching over 89% in 1 h with a low adsorbent mass. Adsorption followed the Temkin model with a maximum capacity of 250 mg/g, while the kinetics obeyed a pseudo-second-order model, suggesting chemisorption. Intraparticle diffusion also contributed to the process. These results demonstrate the high and sustainable potential of these nanocomposites for wastewater treatment.

Dans cette thèse, des nanoparticules de Fe₃O₄ et ε-Fe₂O₃ ont été synthétisées par une voie écologique utilisant FeCl₃•6H₂O, FeCl₂•4H₂O et un extrait de coque d’abricot comme agent réducteur à 80 °C pendant 45 min. Les caractérisations (IR-TF, DRX, MEB, ATG) ont confirmé la formation de particules cristallines stables. Les analyses optiques ont révélé un comportement semi-conducteur avec des bandes interdites de 2,59 eV (Fe₃O₄) et 2,75 eV (ε-Fe₂O₃). La photoconductivité et les coefficients d’extinction élevés indiquent une forte absorption lumineuse, favorable aux applications photothermiques. Des nanocomposites Fe₃O₄/kaolinite et ε-Fe₂O₃/kaolinite ont ensuite été élaborés avec succès, montrant des particules de 30 à 70 nm intégrées dans la matrice. Les analyses structurales et thermiques ont confirmé leur formation. Ces matériaux ont présenté une excellente capacité d’adsorption du bleu de méthylène, atteignant plus de 89 % en 1 h avec une faible masse d’adsorbant. L’adsorption suit le modèle de Temkin avec une capacité maximale de 250 mg/g, tandis que la cinétique obéit au modèle pseudo-second ordre, suggérant une chimisorption. La diffusion intraparticulaire contribue également au processus. Ces résultats démontrent le potentiel élevé et durable de ces nanocomposites pour le traitement des eaux usées.