Elaboration de matériaux composites à base de fibres plastiques : Application dans la dépollution des eaux

Abstract

Cette thèse propose une approche novatrice et durable pour le traitement des eaux usées colorées, utilisant des nanofibres composites magnétiques à base de polytéréphtalate d'éthylène recyclé (PETre) et de nanoparticules de Fe₃O₄. Le choix du PETre comme matrice polymère répond à des préoccupations environnementales et économiques majeures, valorisant un déchet plastique et réduisant l'empreinte carbone du procédé. Les nanoparticules de Fe₃O₄, synthétisées par coprécipitation en présence d'acide linoléique (AL) comme tensioactif, pour améliorer leur dispersion et leur interaction avec la matrice PETre. Cette fonctionnalisation a été confirmée par diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et magnétométrie à échantillon vibrant (VSM). Des nanofibres composites PETre/Fe₃O₄ ont été élaborées par filage centrifuge utilisant un dispositif artisanal. Un mélange de PETre dissous dans un solvant dichlorométhane/acide trifluoroacétique (DCM/TFA : 8/2 v/v) contenant pourcentage % en poids de Fe₃O₄ a été utilisé. L'optimisation des paramètres de procédé (concentration du polymère, vitesse de rotation, distance aiguille-collecteur, diamètre de l’aiguille, et pourcentage de Fe₃O₄ ajouté) a permis d'obtenir des nanofibres uniforme, sans défauts, avec un diamètre moyen de 666 nm. Les paramètres optimaux sont : une vitesse de rotation de 18 000 tr/min, une distance aiguillecollecteur de 15 cm, une concentration de solution de 13 % en poids, un diamètre d'aiguille de 0,3 mm et le pourcentage de Fe₃O₄ de 7.5%. La morphologie des nanofibres a été caractérisée par microscopie électronique à balayage (MEB). La composition chimique et la structure cristalline ont été déterminées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), diffraction des rayons X (DRX), magnétométrie à échantillon vibrant (VSM), analyse thermogravimétrique (ATG) et spectroscopie dispersive en énergie des rayons X (EDX). Les nanofibres de PETre/Fe3O4 se sont avérées être un excellent adsorbant pour le Vert Naphthol B. Des modèles RSM et ANN ont été utilisés pour optimiser l'adsorption, l'ANN (topologie 4- 8-1, algorithme BR) surpassant légèrement le RSM en termes de précision prédictive. L'analyse de sensibilité a identifié le temps de contact comme facteur le plus important, suivi de la masse d'adsorbant et de la concentration initiale du colorant. Les conditions optimales (pH 2, temps de contact 46,6 min, concentration 20,012 mg/L, 0,125 g d'adsorbant) ont été déterminées par l'ANN. Des études cinétiques et isothermes ont confirmé une physisorption monocouche pseudo-premier ordre, exothermique et spontanée. Avec une capacité d'adsorption de 155 mg/g, supérieure à celle d'autres adsorbants, les nanofibres de PETre/Fe3O4 montrent un fort potentiel pour le traitement des eaux usées de teinture.