Preparation of Activated Carbons and Activated Carbon-Silver Nanoparticles Composites from Ricinodendron heudelotti shells: Adsorption tests of Indigo Carmine and Methyl Orange Dyes from Wastewater and their Anti-Bacterial properties

Abstract

Dans le cadre de ce travail, deux charbons actifs provenant des coques de Recinodendron heudelotti, ont été activés avec succès à H3PO4 (ACP) et au ZnCl2 (ACZ). La préparation de ces deux échantillons a été modélisée par la méthodologie des plans d’expériences en utilisant le plan composite centré (PCC). Le PCC a été utilisé pour élucider le domaine expérimental à la fois dans et hors du domaine d'étude choisi, afin de parvenir à la meilleure optimisation globale du processus. Ce plan a été utilisé pour développer des modèles d’équations pour la préparation des charbons actifs en utilisant le logiciel Minitab 16. L'interprétation de l'effet des principaux facteurs et de leurs interactions a été effectuée et les modèles développés ont été validés en menant des expériences dans les conditions prédite. L'effet de la température d'activation (T), du temps d'activation (t) et du ratio d'imprégnation (R) sur l'indice d'iode (IN), l'indice de bleu de méthylène (MB) et le rendement (%Y) a été étudié. Les conditions optimales de préparation des échantillons ACP et ACZ se sont avérées être de 431,821 °C, 39,546 min et 0,659 pour ACP et de 591,506 °C, 43,623 min et 1,050 pour ACZ. L'analyse immédiate a été utilisée pour déterminer les macronutriments dans les coques de Recinodendron heudelotti et les teneurs en humidité en cendres, le taux de matières volatiles et de carbone fixe sont respectivement 5%, 5%, 62,57% et 27 %. Les résultats de la fluorescence aux rayons X ontmontré que les les coques de Recinodendron heudelotti sont principalement composés d'oxyde de calcium (CaO) et d'oxyde de magnésium (MgO). L'analyse infra rouge a montré que des groupes hydroxyle, carbonyle, carbone aliphatique, éthers, alcool, phénol et carboxylique sont présents à la surface des RHS et de leurs charbons actifs. A partir des échantillons ACP et ACZ, deux échantillons composites ont été préparés en dopant les ACP et ACZ avec des nanoparticules d'argent (AgNP). Ces composites (ACP/AgNP et ACZ/AgNP) ont été préparés par précipitation des nanoparticules d'argent à partir de l'extrait aqueux des coques de Recinodendron heudelotti sur ACP et ACZ. Comme dans le cas de ACP et de ACZ, les deux nouveaux matériaux ont également été caractérisés par la microscopie électronique à balayage (MEB), la radiographie à dispersion d'énergie (EDX), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), la diffraction des rayons X (DRX), la taille des particules par le calibreur Zeta et la surface spécifique par la méthode BET. Les résultats de la MEB montrent une surface spongieuse pour sur tous les adsorbants avec la présence de pores. L'EDX et la diffraction des rayons X montrent la présence de la zincite cristalline sur ACZ et, Ag sur ACP/AgNP et ACZ/AgNP. Le spectre IRFTde ACP/AgNP et ACZ/AgNP présume qu'il s'agit des matériaux composites, tandis que analyse de taille par la method ZETA-Sizer montre que tous les xii échantillons de matériaux préparés étaient de l'ordre du nanomètre. Les propriétés texturales des différents matériaux (RHS, ACP, ACZ, ACP/AgNP et ACZ/AgNP) montrent une variation de la surface spécifique des differents matériaux. Le précurseur (RHS) présente une valeur de la surface spécifique de 182 m2/g, tandis que les charbons actifs ont des valeurs de surfaces spécifiques de 386,613 m2/g pour ACP et de 615,400 m2/g pour ACZ. Les composites ACP/AgNP et ACZ/AgNP quant à eux ont des surfaces spécifiques plus faibles (367.400 m2/g et 335.100 m2/g respectivement) que leurs charbons respectifs. Les activités antibactériennes des quatre échantillons, les nanoparticules d’argent issu de l’extrait des coques Recinodendron heudelotti et l'extrait des coques de Recinodendron heudelotti ont été réalisées par la méthode de test de microdilution de Broth sur sept bactéries différentes (Salmonella typhi causant la typhoïde, Staphylococcus aureus empoisonnant les aliments, Klebsiella pneumoniae, qui provoque des pneumonies, ainsi que les espèces Escherichia coli et Singehla flexneri, qui provoquent des diarrhées, et aussi Salmonella enteritidis, Salmonella typhimurium). L'extrait et les charbons actifs n'ont montré aucune activité antimicrobienne alors que les propriétés antimicrobiennes se sont avérées être très intéressantes pour les nanoparticules, ACP/gNP et ACZ/AgNP mais plus élevées pour les ACZ/AgNP (7.812≤MIC≤ 31,25 µg/ml). En outre, les tests d'adsorption de ACP, ACZ, ACP/AgNP et de ACZ/AgNP ont été réalisés en utilisant les colorants nocifs comme l’Indigo Carmine (IC) et le Methyl Orange (MO). Les quantités adsorbées obtenues au temps d’équilibre se sont avérées être de 177,801 mg/g, 133,407 mg/g, 160,678 mg/g et 89,181 mg/g pour l'adsorption IC; 178,385 mg/g, 124,204 mg/g, 165,384 mg/g et 120,102 mg/g pour l'adsorption MO sur ACP, ACZ, ACP/AgNP et ACZ/AgNP respectivement. Au regard de ces résultats, nous pensons que les coques de Recinodendron heudelotti peuvent donc être considérées comme un bon précurseur pour la préparation des charbons actifs et des nanoparticules pour la purification de l'eau contenant des bactéries, ensuite pour le traitement des infections bactériennes.