Étude de l’efficacité photocatlytique pour la dégradation des polluants organiques en solution aqueuse

Abstract

Résumé Ce travail examine la dégradation photocatalytique du vert de malachite (VM) en solution aqueuse à l'aide de nanomatériaux synthétisés par voie verte : du ZnO biosynthétisé et des nanocomposites CuO-ZnO (7, 9 et 11% CuO), comparés à du ZnO commercial. Les analyses de diffraction des rayons X ont confirmé la pureté et les phases cristallines des matériaux obtenus. Alors que la photolyse directe ne détruit que 6,8% du colorant après 2 heures, l'application des photocatalyseurs améliore considérablement le procédé. Les conditions optimales pour le ZnO biosynthétisé 0,5 g/l de catalyseur, pH 9, 40°C et 1 mM de H2O2 ont permis d'atteindre 90% de dégradation. Le nanocomposite CuO-ZnO à 11% de CuO a manifesté la meilleure performance, atteignant un taux de dégradation maximal de 96%. Ce rendement supérieur s'explique par l'effet de synergie de l'hétérojonction CuO-ZnO, qui limite la recombinaison des charges photogénérées. L'étude démontre la supériorité des catalyseurs issus de la synthèse verte sur le ZnO commercial, ainsi que leur excellente stabilité après plusieurs cycles d'utilisation. Abstract This work investigates the photocatalytic degradation of malachite green (MG) in aqueous solution using green-synthesized nanomaterials—specifically, biosynthesized ZnO and CuO-ZnO nanocomposites (containing 7%, 9%, and 11% CuO)—in comparison with commercial ZnO. X-ray diffraction analysis confirmed the purity and crystalline phases of the synthesized materials. While direct photolysis degraded only 6.8% of the dye after 2 hours, the use of these photocatalysts significantly enhanced the process. Optimal conditions for the biosynthesized ZnO—0.5 g/L catalyst dosage, pH 9, 40°C, and 1 mM H2O2—resulted in 90% degradation. The CuO-ZnO nanocomposite with 11% CuO exhibited the best performance, achieving a maximum degradation rate of 96%. This superior efficiency is attributed to the synergistic effect of the CuO-ZnO heterojunction, which limits the recombination of photogenerated charges. The study demonstrates the superiority of green-synthesized catalysts over commercial ZnO, as well as their excellent stability across multiple usage cycles. الملخص تبحث هذه الدراسة في عملية التحلل الضوئي التحفيزي لصبغة "الملكيت الأخضر" في المحاليل المائية باستخدام مواد نانوية مُصنَّعة بطرق خضراء )صديقة للبيئة( وتحديداً أكسيد الزنك المُصنَّع حيوي ا والمركبات النانوية الهجينة من — أكسيد النحاس وأكسيد الزنك CuO-ZnO ( بنسب 7 % و 9 % و 11 % من CuO وذلك مقارنةً بأكسيد الزنك التجاري. Résumé IV )الزنك التجاري. وقد أكد تحليل حيود الأشعة السينية XR نقاء المواد المُصنَّعة وطبيعتها البلورية. وفي حين لم تتجاوز نسبة تحلل الصبغة 6.8 % عند استخدام التحلل الضوئي المباشر بعد ساعتين، أدى استخدام هذه المحفزات الضوئية إلى تعزيز العملية بشكل ملحوظ. وقد أدت الظروف المثلى لاستخدام أكسيد الزنك المُصنَّع حيويا — المتمثلة في جرعة محفز — قدرها 0.5 جم/لتر، ودرجة حموضة pH تساوي 9، ودرجة حرارة 40 درجة مئوية، وتركيز 1 ميلي مولار من بيروكسيد الهيدروجين H2O2 ( — إلى تحقيق نسبة تحلل بلغت — 90 %. وسجل المركب النانوي ) CuO-ZnO المحتوي على 11 % من CuO أفضل أداء، حيث حقق أقصى معدل تحلل بنسبة 96 %. وتعُزى هذه الكفاءة العالية إلى التأثير التآزري للوصلة غير المتجانسة heterojunction ( بين CuO و ZnO ، مما يحد من إعادة اتحاد الشحنات المتولدة ضوئيا.ً وتظُهر الدراسة تفوق المحفزات المُصنَّعة بطرق خضراء على أكسيد الزنك التجاري، فضلاً عن تمتعها باستقرار ممتاز عبر دورات استخدام متعددة.