Elaboration et valorisation des oxydes semi-conducteurs seuls et hybridés

Abstract

Dans la présente étude, de nouveaux matériaux semi-conducteurs ont été préparés en vue de leur application dans l'élimination de trois colorants de l'industrie textile : l'Acide Orange 61 (AO61), le Rouge Solophenyl 3BL (RS 3BL) (colorants anioniques), le Bleu Basique 41 (BB41) (colorant cationique), et une substance pharmaceutique : le céfixime (CFX). En parallèle, nous avons également envisagé d'utiliser un de ces matériaux pour la production d'hydrogène par photocatalyse. Les étapes de préparation des semi-conducteurs obtenus ont été suivies par la caractérisation des résultats à l'aide de diverses techniques, notamment DRX, MEB/EDS, FTIR, Raman, XPS, BET, gap et les analyses électrochimiques afin de présenter le diagramme énergétique des semi-conducteurs étudiés. La première partie de ce travail est consacrée à l'étude de l'efficacité photocatalytique de l'hétérosystème (p- CoFe2O4/n- AgCl) vis-à-vis des deux colorants (AO61 et RS 3BL) étudiés sous lumière visible. Effectivement, la création de l'hétérosystème vise à accélérer la séparation des charges, réduisant ainsi la recombinaison des paires électron/trou (e-/h+). Un gap optique directe à 1,46 ; 3,20 et 2,22 eV a été déduit pour les échantillons CoFe2O4, AgCl, et CoFe2O4 /AgCl (25 %/75 %) respectivement, et CoFe2O4 joue le rôle de photosensibilisateur pour améliorer les performances photocatalytiques de AgCl. Un rendement de dégradation optimal a été atteint dans un rapport de masse (25 %/75 %) de CoFe2O4 /AgCl avec de faibles concentrations initiales de colorants, en utilisant des doses de semi-conducteurs de 1,25 g/L pour le AO61 et de 1 g/L pour le RS 3BL. Dans la plage de valeurs étudiées, il a été constaté que le pH du milieu n'a pratiquement aucun impact sur le rendement de dégradation du AO61, contrairement à son effet significatif sur le rendement de photocatalyse du RS 3BL. En outre, l'étude de la cinétique de dégradation photocatalytique de AO61 et RS 3BL obéit à une cinétique de premier ordre avec une constante apparente de 0,049 et 0,036 min-1 respectivement. Les propriétés photoélectrochimiques du spinelle CoFe2O4 ont été étudiées pour la production d'hydrogène par voie photocatalytique, un taux d'évolution de l'hydrogène de 48 ?mol min-1g-1 a été atteint dans un milieu basique en présence de capteur de trous SO32-. La dernière partie de cette étude est dédiée à l'étude de la dégradation de la molécule pharmaceutique CFX et le colorant BB41 par le catalyseur Mg0.3Zn0.7O sous irradiation solaire. Les résultats de l'étude indiquent que le matériau MZO se révèle être un choix supérieur pour les applications photocatalytiques, dans des conditions optimales, il a atteint une efficacité de 95 % pour l'élimination de CFX et de 99 % pour le BB41. Les tests de minéralisation de ces polluants ont donné des rendements satisfaisants, montrant ainsi une efficacité notable dans la décomposition des polluants. Afin de mieux comprendre le mécanisme de dégradation, des expériences ont été menées en utilisant des molécules scavengers. Ces expériences ont permis d'évaluer la contribution de chaque espèce active impliquée dans la dégradation des colorants.