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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13886 (2023) Citer cet article

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Les colorants toxiques présents dans les plans d’eau et les bactéries pathogènes posent de sérieux problèmes mondiaux pour la santé humaine et l’environnement. Les nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO NP) démontrent un pouvoir photocatalytique et antibactérien remarquable contre les colorants réactifs et les souches bactériennes. Dans ce travail, des NP PVP-ZnO ont été préparées via la méthode de co-précipitation en utilisant la polyvinylpyrrolidone (PVP) comme tensioactif. La microstructure et la morphologie des NP ont été étudiées par diffraction des rayons X (XRD), d'une taille de 22,13 nm. L'analyse au microscope électronique à transmission à haute résolution (HR-TEM) et au microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM) a montré des NP PVP-ZnO de forme sphérique avec une taille allant de 20 à 30 nm. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) a confirmé la nature hybride des NP, et la spectroscopie UV-Vis a montré un pic d'absorption à 367 nm. Les NP PVP-ZnO ont présenté une activité photocatalytique élevée, atteignant une dégradation de 88 % et près de 95 % du colorant azoïque réactif rouge-141 avec des doses de catalyseur de 10 mg et 20 mg, respectivement. Les propriétés antibactériennes des NP ont été démontrées contre Escherichia coli et Bacillus subtilis, avec des zones d'inhibition de 24 mm et 20 mm respectivement. Ces résultats suggèrent que les NP PVP-ZnO peuvent être utilisées efficacement pour le traitement de l’eau, en ciblant à la fois les colorants et les contaminants pathogènes.

L'industrie textile a récemment attiré beaucoup d'attention en raison de nombreux colorants qui ont des effets toxiques et cancérigènes sur toutes les espèces tropicales. De plus, les colorants contenant des déchets provenant d’autres entreprises qui produisent des aliments, transforment le cuir, fabriquent du papier, impriment, utilisent des peintures et des cosmétiques présentent de graves risques environnementaux en raison de leur fuite dans les eaux douces. Parmi tous les effluents colorants, les colorants azoïques sont les plus répandus et sont assez dangereux. Ce sont des molécules aromatiques complexes, et en général, la structure du colorant est stable1,2,3,4. Parce que leur dégradabilité limitée et la dégradation incomplète du colorant ont conduit à de nombreux composés toxiques, ils résistent donc aux techniques de traitement des eaux usées8. Parmi les différents colorants azoïques, le colorant azoïque réactif rouge-141 est largement utilisé dans les industries textiles et a été signalé comme le plus dangereux pour l'environnement et la santé humaine. Par conséquent, l’élimination immédiate de ces colorants des sources d’eau naturelles est devenue importante.

L'adsorption, la séparation membranaire, la coagulation physique et chimique, les processus d'oxydation avancés (AOP) et la biodégradation sont quelques méthodes signalées pour le traitement des eaux usées5. Cependant, en raison des avantages d’un apport énergétique minimal, d’un fonctionnement simple, de la propreté et de l’efficacité, la technologie de photocatalyse des semi-conducteurs a été largement utilisée pour dégrader les polluants et décomposer l’eau afin de produire de l’hydrogène6,7. L'oxydation photocatalytique a suscité une attention considérable dans la recherche sur la protection de l'environnement, principalement en raison de son utilité dans la photodégradation des polluants organiques. Cette technologie présente plusieurs avantages notables, notamment la rentabilité en termes de dépenses opérationnelles, l'efficacité exceptionnelle dans l'élimination des composés chimiques complexes, l'absence de dépendance à l'égard de matériaux supplémentaires, l'exploitation de l'énergie solaire librement disponible et la capacité d'exécuter le processus à température ambiante et conditions de pression. Des efforts de recherche approfondis ont conduit au développement et à l’utilisation de nombreux nanomatériaux fabriqués à partir d’oxydes et de sulfures semi-conducteurs, appliqués efficacement dans l’application photocatalytique8,9.

Par ailleurs, l’émergence de bactéries pathogènes dans les plans d’eau constitue également un problème mondial. Récemment, des agents pathogènes bactériens ont été systématiquement identifiés dans les stations d’épuration des eaux usées, ce qui suggère que ces plantes constituent d’importants réservoirs pour la prolifération de divers micro-organismes pathogènes. De nombreuses techniques moléculaires ont été documentées dans la littérature scientifique pour identifier les espèces bactériennes dans des échantillons environnementaux10,11,12,13.