Development of bionanocomposites based on carboxymethyl cellulose

Abstract

La thèse se concentre sur le développement de matériaux écologiques à partir de bio(nano)composites composés de carboxyméthylcellulose/gélatine réticulée (CMC/Ge) comme matrice et incorporant des extraits de plantes et des composés inorganiques pour répondre aux préoccupations environnementales et sanitaires. Deux applications principales sont ciblées : des films d'emballage alimentaire intelligents et des billes magnétiques pour le traitement de l'eau. Dans la première partie, des films bio-nanocomposites ternaires et binaires à base de CMC/Ge ont été formulés, incorporant de la Ge-montmorillonite (OM) en tant que nanocharge, des anthocyanes (ATH) provenant du chou rouge comme indicateur de pH-couleur, et de l'extrait de feuilles de pistachier (PE) à des concentrations variables comme agent actif. Ces films ont montré une amélioration de la capacité de barrière à la lumière UV de 98 %, avec une augmentation de la teneur en PE a conduit à une rugosité de surface accrue, une réduction de la teneur en humidité, de l'indice de gonflement, de la mouillabilité de surface, de la perméabilité à la vapeur d'eau et des paramètres mécaniques de nano-indentation. Les films ajoutés de PE ont présenté des propriétés antioxydantes efficaces avec une efficacité d'inhibition maximale de 93 % observée pour le film ternaire contenant 1,5 % de PE. De plus, une analyse microbiologique a confirmé les activités biocides des films ternaires contre les bactéries Staphylococcus aureus (S. Aureus) et Salmonella. Parmi les films testés, le film T-1.5PE a démontré la réponse active et intelligente la plus forte dans la surveillance de la détérioration des crevettes. Dans la deuxième partie, des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées avec des ions citrate ont été encapsulées dans la matrice CMC/Ge pour synthétiser des billes d'hydrogel nanocomposites photo-CMC/Ge/Cit@Fe3O4 par gélation ionotropique. L'élimination de l'antibiotique Ciprofloxacine (Cipro) des solutions aqueuses polluées a été étudiée en utilisant un processus intégré d'adsorption/photocatalyse sous irradiation solaire. L'efficacité d'élimination des billes de mCMC/Ge a été étudiée en tenant compte de différents paramètres influents (pH, dosage des billes, temps de contact, concentration de Cipro, et température). La modélisation des données expérimentales a indiqué que le processus d'adsorption suivait des cinétiques de pseudo-deuxième ordre et des modèles d'isothermes de Langmuir, avec une capacité d'adsorption maximale de Langmuir (qm) de 50 mg g-1 pour mCMC/Ge. Les billes ont démontré une élimination efficace même dans des échantillons d'eau réels et étaient recyclables sur plusieurs cycles de réutilisation.