Ministere de l’Enseignement Superieur et de la Recherche Scientifique

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1 Ministere de l’Enseignement Superieur et de la Recherche Scientifique
Direction de la Coordination et de la Recherche Scientifique et du Développement Technologique UNIVERSITE KASDI MERBAH-OUARGLA Faculté des hydrocarbures, des énergies renouvelables et des Sciences de la Terre et de l’Univers 1 er Colloque International sur Hydrocarbures, Energies et Environnement (HCEE) Thème (VI) Hydrocarbures, risques et environnement INTITULE : «COMPARAISON DE LA DEGRADATION DU ROUGE CONGO EN PRESENCE ET EN ABCENSE DE L’EAU OXEGENE H2O2 PAR UN CATALYSEUR D’OXYDE MIXTE DE TYPE PYROCHLORE A2B2O7 » Berchid Abdeselem*, Sellami mayouf, Sari-mohamed Esmahane, Bettahar Nourredine Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques et Applications [LCMIA], Faculté de Chimie Département de Génie de Matériaux Université des Sciences et de la Technologie d’Oran- Mohamed Boudiaf USTOMB * Résumé L’objectif de ce travail expérimental consiste à l’étude comparatif de deux catalyseurs de type oxyde appartenant à la famille pyrochlore de formule chimique A2B2O7. Ces oxyde ont fait l’objet de synthèse au niveau de notre laboratoire de chimie des matériaux inorganiques et applications [LCMIA]. Le premier composé de formule chimique Bi1.5Nb1.5MnO7  « BNM» synthétisé par Monsieur M. Sellami et al [1]. Le deuxième est de formule Bi1.5Nb1.5ZnO7 «BNZ» préparé K. Zouaoui [2]. La synthèse a été effectuée par la méthode céramique à haute température. Les diffractogramme X ont bien montré l’obtention des deux composés. L’analyse MEB a montré que la surface des deux composés est sous forme de grains et de vide. Les deux composés ont montré une bonne réactivité catalyyique vis-à-vis la dédégradation du e rouge Congo (colorant). Mots-clés : Oxyde, dégradation, pollution, catalyseur, pyrochlore, Rouge- Congo . I. Introduction Les développements des procédés technologiques modernes font appel fortement aux nouveaux composés ayant des propriétés physiques remarquables. Les oxydes des métaux de transition occupent une place primordiale dans les applications industrielles en raison de leurs propriétés électriques ou magnétiques extraordinaires. Le changement d’état d’oxydation des oxydes et leurs configurations électroniques diverses sont à l’origine de leurs propriétés structurales, magnétiques et électriques. Les oxydes ternaires de formule générale A2B2O6,O’ , figure1, représentent une famille iso structurale au minéral pyrochlore de formule (Na, Ca)(Nb, Ta)O6F/OH [ 3]. La structure est cubique avec un paramètre de maille a=10 Å. Les sites A, B peuvent être substitués par plusieurs cations conduisant à une variété de propriétés physiques. Les oxydes pyrochlores sont utilisés dans plusieurs applications citant par exemple, les piles SOFC (Solid Oxid Fuel Cel), les diélectriques, les capteurs, les catalyseurs. Figure 1 : structure d’oxyde de type pyrochlore A2B2O6O’ II. EXPERIMENTAL Nous avons d’abord préparé la solution mère du colorant de rouge Congo avec une absorption maximale (1,12) à 498nm, de concentration massique 0,03 g /l (4, mol/l). La réaction d’oxydation du rouge Congo a été effectuée selon le mode opératoire décrit comme suite : Dans un ballon tri-col, muni d’un dispositif de réfrigération, on introduit 0,01g de catalyseur, en présence de 15 ml d’une solution du rouge Congo; au bout de 15 minutes, on ajoute l’oxydant H2O2 dans un rapport volumique colorant/H2O2 = 3. L’ensemble est vigoureusement agité à la température de 80°C (figure 2), après 5 heures nous récupérons le mélange (solution + catalyseur) qui doit être séparée par centrifugation. L’analyse des solutions obtenues a été effectuée par spectroscopie électronique UV-visible dans un domaine de balayage entre nm. Les pyrochlores peuvent être particulièrement intéressants comme catalyseurs de réaction et peuvent présenter aussi des potentialités attractives en raison de leurs propriétés physiques, notamment Le comportement de type métallique associés aux phénomènes de sous stœchiométrie en oxygène dans ces phases [4]. Nos composés ont été obtenus à partir des oxydes de bismuth Bi2O3 (99.9%), de niobium Nb2O5 (99.9%) , MnO2 (99.9%) et de zinc ZnO (99.9%). Les trois oxydes sont intimement mélangés dans des proportions stœchiométriques requises répondant à chaque formule. Après un minutieux broyage, les mélanges obtenus sont portés à une température de 600°C pendant 24 heures. A l’issue de ce premier chauffage, les mélanges sont retirés du four, et broyés finement puis chauffés une deuxième fois à la température de 700 °C pendant 24 heures. Les produits de nouveau broyés subissent un autre chauffage à 800 °C puis 900°C pendant 24 heures respectivement. L’ensemble des échantillons sont bien broyés et compactés sous forme de pastilles dans une presse hydraulique sous une pression de 400 kgf/cm2 puis chauffés à 950°C puis 1000°C pendant 24 heures respectivement. Cette dernière étape est nécessaire afin d’éliminer toute trace de phases intermédiaires susceptibles d’être formées par les oxydes de départ au cours des cycles de chauffage. La caractérisation de nos composés a été réalisée par par DRX et par MEB. L’application a consisté à l’utilisation des catalyseurs dans la réaction d’oxydation du colorant de rouge Congo en présence et en absence du peroxyde d’hyrogène H2O2. Figure 2 : appareillage de dégradation III. Résultats et discutions III.1 Photos MEB des composés Les images de surface par le microscope électronique à balayage MEB a montré que le composé BNM est caractérisé par la présence grains fusionnés les uns avec les autres avec la présence de vides. Le composé BNZ est caractérisé par de grains de petite taille, III.2 DRX des composés : Bi1.5Nb1.5ZnO7 et Bi1.5Nb1.5MnO7 Les résultats de l'analyse physique par DRX montre que tous les produits obtenues appartiennent à la famille du pyrochloreA2B2O7.Tous les spectres montrent la présence d'un composé unilatéralement de ne pas participer à des composés secondaires ou des oxydes de départ avec un faible déplacement régulièrement vers la droite de chacune des pic sans exception. Ce déplacement résultant du procédé de substitution de zinc par le manganèse, le calcul de l'évolution de la cellule a montré que la longueur de la cellule grandit avec un rapport de substitution, et cela est dû à la différence de rayon ionique d’oxyde de zinc et l'oxyde de manganèse. Conclusion Figure 4: Paramètre de maille des composés Figure 3: DRX des composés Bi1.5Nb1.5ZnO7 et Bi1.5Nb1.5MnO7 Figure 3 : photos MEB de BNZ et BNM Conclusion La synthèse d’oxyde de type pyrochlore de formule chimique Bi1.5Nb1.5ZnO7 [BNZ] et Bi1.5Nb1.5MnO7 [BNM] a été effectuée par la méthode céramique à haute température.  Les deux composés d’oxydes sont utilisés comme catalyseurs dans la dégradation du rouge Congo en présence et en absence du peroxyde d’hydrogène.    Les analyses UV-visible ont bien montré l’importance de l’utilisation de l’eau oxygéné H2O2 dans dégradation du colorant rouge Congo. III.3 Absorbance des solutions dégradées Références [1] M. Sellami, V.Caignaert, M. Hamdad, A. Belarbi, I. Sari-Mohamed, A. Bahmani, N. Bettahar, C. R. Chimie 14 (2011) pages 887–890. [2] D. P. Cann, Clive A. Randall and Thomas R. Shrout Solid State Communications, Vol. 100, No. 7, 1996, pages [[3] M.A. Subramanian, G. Aravamudan, G.V.S. Rao, Progress in Solid State Chemistry 15 (1983) 55. [4] Synthesis and characterization of new pyrochlore solid solution Bi1.5Sb1.5–xNbxCuO7, M. Sellami, V. Caignaert, F.Z, K ,.Hanni, N. Bettahar, N. Benhadria, E. S. Mohammed, S. Imine, A. Bahmani. Comptes Rendus Chimie, Volume 17, Issue 9, September 2014, Pages . Figure 4 : l’absorbance en fonction de la longueur d’onde à la présence et à l’absence de l’eau oxygéné H2O2 avec les deux catalyseurs BNZ et BNM Le processus de dégradation du colorant de rouge Congo augmente avec l'augmentation du temps de réaction jusqu’à 5 heures à 80°C. La dégradation s’obtient mieux en présence d’eau oxygéné H2O2 comme agent réactionnelle qui donne au cours de réaction les radicaux OH., ces dernies elles ont la capacité de cassé les liaisons chimiques du colorant. Le composé BNZ est rentable par rapport au composé BNM lors de la dégradation.