Elaboration de nanocomposites à base de ZnO et d'oxyde de graphène réduit pour des applications environnementales

Abstract

Les nanomatériaux ont suscité un grand intérêt de la part de la communauté scientifique au cours des dernières décennies, c'est dans ce cadre que se situe ce travail de thèse. La première partie de ce travail présente une méthode originale d'élaboration électrochimique de nanostructures et de couches mince colonnaire de ZnO. Des nanofils d'oxydes de zinc d'excellente cristallinité et rigoureusement bien alignés (perpendiculairement au substrat) ont été ainsi pour la première fois synthétisée par électrodéposition à température ambiante. Cette élaboration électrochimique fut réalisée en une seule étape sans recourir à une pré-couche de germination ni template. Deux substrats différents, molybdène (Mo) et ITO/verre, ont été utilisés pour cette synthèse et ont donnés des résultats similaires. Pour de faibles concentrations du précurseur de zinc (ZnCl2) des nanofils ont été obtenus, alors que des des couches minces colonnaire sont réalisé à des concentrations plus élevées. Dans la seconde partie, consacrée à l'élaboration des nanocomposites ZnO/rGO-PEI et rGO-PEI-KOH par une méthode simple (chauffage à reflux). Le nanocomposite ZnO/rGO-PEI a été testé pour la phototodégradation du colorant rose Bengale sous lumière solaire, et les résultats se sont avéré très probants. L'efficace fut toutefois très influencée par le taux de rGO dans le nanocomposite. Le naocomposite rGO/PEI-KOH a été synthétisé et fonctionnalisé. Les résultats de caractérisation ont montré le greffage des molécules de PEI sur la surface du GO réduit (XPS, FTIR). Ce nanocomposite a été appliqué avec succès pour l'élimination du chrome hexavalent, Cr (VI) des eaux contaminées. Cette élimination, résultant d'un phénomène d'adsorption/réduction, s'est avérée particulièrement efficace à de faibles valeurs de pH (2). La capacité d'adsorption expérimentale fut estimée à 398,9 mg/g, valeur parmi les plus grandes rapportés dans la littérature. L'analyse XPS a indiqué la présence d'une quantité appréciable de Cr(III) sur la surface de l'adsorbant, ce qui suggère que les ions Cr(VI) adsorbés ont été efficacement réduits en Cr(III) sur la surface de l'adsorbant rGO/PEI-KOH (~70% du Cr total adsorbé). Les résultats de la présente étude mettent ainsi en évidence les avantages de certains nanocomposites pour les domaines de la photocatalyse et de l'adsorption/réduction de polluants (faible coût relatif du procédé et grande capacité d'élimination d'agents toxiques)