Ce manuscrit réunit un travail qui s‘inscrit dans la thématique de laboratoire de valorisation des matériaux de l‘université Abdelhamid ibn Badis de Mostaganem, il met en valeur un semi-conducteur modifié dans une application environnementale.
L‘objectif de ce travail, était donc de préparer un semi-conducteur modifié ayant une activité photocatalytique dans le domaine du visible et l‘appliquer dans l‘élimination de deux polluants organique et minéral (le colorant carmin inidgo et le chrome hexa valent). La préparation de semi conducteur modifié a été réalisée par la voie de synthèse des hydroxydes double lamellaires en utilisant trois métaux de transition le Titane, le bismuth et le zinc et l‘uré comme réactif de précipitation douce. Cette préparation a été réalisée en fixant les rapports moalires des métaux et celui de l‘urée sur les trois métaux, par contre le passage d‘hydroxyde double lamellaire en oxyde de titane dopé au bismuth et zinc a été effectué à différentes températures. Les matériaux préparés ont été caractérisés par DRX, ATG, UV‐vis DRS, XPS, BET et le MEB. La DRX a révélé la présence de la phase anatase et l‘oxyde de zinc, par ailleurs, on a noté aucun pics caractéristique de la phase rutile ni celle d‘oxyde bismuth. L‘analyse par UV‐vis DRS a montré l‘extension de la bande d‘absorption de l‘oxyde de titane dopé au bismuth et zinc vers le visible avec un maximum d‘absorption à 402 nm. L‘adsorption de N2 à 77 K a mis en évidence une surface BET de Bi‐Zn-TiO2 calciné à 670°C
légèrement inférieure à celle de TiO2-P25 commercial, en revanche, le volume et le diamètre
des pores sont largement supérieures à ceux de TiO2-P25.
Le matériau préparé a été utilisé en comparaison avec le TiO2-P25 dans deux
applications différentes sous la lumière visible, la photo-dégradation d‘un colorant anionique (carmin indigo) et à la photo-réduction de chrome hexa valent en présence d‘un agent réducteur (acide oxalique).
Les résultats de la photodégradation de carmin indigo ont révélé l‘efficacité de Bi-Zn- TiO2 meilleurs que celle de TiO2-P25. En effet, le matériau Bi-Zn-TiO2 possède une capacité
d‘adsorption vis-à-vis de carmin indigo d‘environ 15 mg/g (malgré faible) mais trois plus supérieure que celle de TiO2-P25.
155 Par ailleurs, une cinétique de photo-décoloration est plus rapide avec Bi-Zn-TiO2
qu‘avec TiO2-P25. Cette cinétique suit le modèle de premier ordre et celui de Langmuir-
Hinschlwood. Par exemple pour une concentration en colorant de 16 mg/L, les temps de décoloration totale obtenus en présence de Bi-Zn-TiO2 et de TiO2-P25 sont de 70 et 120
minutes respectivement. Cependant, le colorant carmin indigo a montré une résistance à sa photolyse par la même lampe dans le visible et ce en absence de matériaux.
L‘étude de l‘identification des espèces actives dans la photo-dégradation de carmin indigo a démontré que le trou (h+) est l‘espèce active majoritairement responsable de la décoloration avec une contribution modérée et minime de et respectivement.
Le matériau Bi-Zn-TiO2 a montré une stabilité photocatalytique testée dans la
décoloration de carmin indigo sous l‘irradiation de la lumière visible après cinq (05) utilisations avec un taux de décoloration inchangé de 100%.
Dans l‘étude de la photo-réduction de chrome hexa valent en présence et en absence d‘acide oxalique, le matériau Bi‐ -TiO2 a montré tout d‘abord une cinétique d‘adsorption (à
l‘abri d‘irradiation) aussi rapide que celle obtenue avec le TiO2-P25 et ce en présence d‘acide
oxalique et le temps d‘équilibre obtenu est de 20 minutes, par ailleurs, Bi‐ -TiO2 a montré
une capacité d‘adsorption vis-à-vis de Cr(VI) d‘environ 4,5 mg/g et elle est presque deux fois plus supérieure que celle de TiO2-P25 (Qe= 2,3 mg/g).
Les résultats de la cinétique de la réduction photocatalytique de Cr(VI) en présence d‘acide oxalique ont montré tout d‘abord en absence de matériaux qu‘elle est nulle et qu‘en présence de matériaux la photo-réduction totale de Cr(VI) au bout de 120 et 240 min en présence de Bi-Zn‐TiO2 et TiO2-P25 respectivement et ce pour une concentration en Cr(VI)
de 10 mg/L à pH faiblement acide (3,2).
Dans l‘étude de l‘effet de l‘absence et de la présence à différentes concentrations d‘acide oxalique sur la réduction de Cr(VI) à pH faiblement acide par Bi-Zn-TiO2, les
résultats exprimés en taux de réduction en fonction de rapport d‘Equivalent-gramme Acide oxalique/Cr(VI) (R= 0 ; 0,5 ; 1 et 2) ont montré qu‘un taux de 54% de réudction de Cr(VI) a été obtenu en absence d‘acide oxalique, cependant, ce taux augmente avec l‘augmentation de la concentration en acide oxalique jusqu‘à un maximum pour un rapport de d‘équivalent- gramme d‘acide/Cr(VI) de 1, au dela de ce rapport, l‘efficacité diminue probablement due à une adsorption compététive entre les anions chromates et oxalates.
156 Les résultats de l‘effet de pH (3,2; 6,2 et 7,2) sur la photo-réduction de Cr(VI), montrent qu‘une meilleure réduction photo-catalytique a été obtenue en milieu faiblement acide.
D‘après les résultats que nous avons obtenus, nous pouvons conclure que le matériau préparé (Bi‐ -TiO2) a montré une activité photo-catalytique efficace sous la lumière visible
dans la dégradation de carmin indigo et la réduction de chrome hexa valent meilleure que celle de TiO2-P25 (commercial). En effet, le co-dopage de TiO2 par deux métaux (bismuth et
le zinc) a causé un déplacement de la bande d‘absorption de TiO2 vers le visible et inhibe ou
ralenti la recombinaison des paires e-/h+.
Sur le plan d‘application, et en perspectives, l‘utilisation de ce procédé sera envisagée dans le traitement des effluents aqueux provenant d‘activités liées à l‘élaboration et à l‘utilisation de produits phytosanitaires et dans le traitement des solutions industrielles faiblement chargées en matières organiques et inorganiques toxiques.
157