L'étude de l'élimination du fongicide penconazole des eaux de surface à l'aide de la gomme adragante carboxyméthyle

Aug 09, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13569 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, un adsorbant polymère à base de carboxyméthyle adragante (CMT) greffé par du poly acide acrylique-co-acrylamide (AAc-co-AAm) synthétisé par polymérisation radicalaire pour la première fois a été utilisé pour éliminer le fongicide penconazole (PEN) ou Topas. 20 % provenant des eaux de surface. Les paramètres de pH de la solution, d’isotherme d’adsorption et de cinétique d’adsorption du PEN ont été étudiés par l’adsorbant synthétique. La morphologie de surface et les groupes fonctionnels du CMT-g-poly (AAc-co-AAm) ont été confirmés par les techniques XRD, SEM et FT-IR. L'adsorption de PEN sur CMT-g-poly (AAc-co-AAm) suit les modèles de Freundlich et de pseudo-second ordre. La capacité d'adsorption maximale significative du polymère synthétisé s'est avérée être de 196,08 mg/g. L'adsorbant synthétique présentait une bonne reproductibilité dans l'élimination du PEN jusqu'à 5 cycles. Le CMT-g-poly (AAc-co-AAm) est un adsorbant économique et non toxique pour la décontamination des eaux de surface des pesticides.

L'eau est la substance la plus précieuse et la plus importante dont l'homme a besoin et son utilisation et son importance se manifestent dans les domaines de la boisson, de l'hygiène, de l'agriculture et de l'industrie. La croissance toujours croissante de la population, l’amélioration du niveau de vie et le développement de l’urbanisation font partie des facteurs qui provoquent une augmentation de la consommation d’eau et de la production d’eaux usées et provoquent une pollution de l’environnement1. Parallèlement, les pesticides, qui sont des contaminants émergents, comptent parmi les poisons les plus importants et les plus largement utilisés en agriculture comme insecticides pour tuer les insectes et les arthropodes, ou comme herbicides pour lutter contre les mauvaises herbes. L'utilisation de nouvelles technologies en agriculture a conduit à l'utilisation de ces matériaux pour récolter davantage de récoltes, cependant, l'utilisation excessive de pesticides a provoqué la pollution des sols et l'entrée de grandes quantités de ces toxines dans les sources d'eau2. Bien que les fongicides aient reçu moins d’attention que d’autres toxines agricoles, les maladies fongiques sont considérées comme une grande menace pour les produits agricoles. Les fongicides sont toxiques pour un large éventail d’organismes et dangereux pour la vie aquatique. Les fongicides, comme les insecticides pyréthrinoïdes et organophosphorés, sont lipophiles. L'effet des fongicides sur l'environnement se produit directement ou indirectement à travers une autre espèce qui en est affectée3. Les fongicides triazoles sont un groupe de composés hétérocycliques qui possèdent au moins un cycle à cinq chaînons composé de deux atomes de carbone et de trois atomes d'azote et sont largement utilisés pour prévenir et traiter diverses maladies fongiques dans les produits agricoles. Ces fongicides constituent actuellement 25 produits agrochimiques commerciaux dans le monde. En outre, ils ont une bonne pénétration et une bonne durabilité dans le sol et l’eau, et leur forte consommation provoque des effets secondaires liés aux glandes endocrines chez l’homme et l’animal4. PEN ou (R, S)-1-[2-(2, 4-dichlorophényl) pentyl]-1H-1, 2, 4-triazole est un fongicide de la famille des triazoles utilisé pour lutter contre l'oïdium et autres ascomycètes pathogènes. , basidiomycètes et deutéromycètes. La structure chimique du PEN est illustrée à la figure 1. Ce fongicide est commercialisé sous la marque Topas 20 % et est classé par l'Organisation européenne de sécurité des aliments comme substance dangereuse pour l'homme et l'environnement. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de l'éliminer de l'environnement est très important5. Dans une étude menée par Nicoleta et al. pour éliminer le PEN de l'eau à l'aide d'argile montmorillonite, la capacité d'adsorption de 6,33 mg/g de PEN par la montmorillonite a été obtenue6. Considérant que les études menées dans le domaine de l'élimination du PEN par la méthode d'adsorption de surface sont limitées, nous avons décidé d'utiliser cette méthode dans l'étude récente. En utilisant des méthodes physiques, chimiques et biologiques, les pesticides peuvent être éliminés des sources d'eau. Les processus membranaires et d'adsorption font partie des méthodes physiques qui reposent sur la séparation. Le défi de l’encrassement de la membrane constitue la principale limitation concernant l’élimination des pesticides avec cette méthode car il perturbe les performances de séparation de la membrane7. La méthode d'adsorption de surface sur substrats solides et poreux présente un avantage significatif par rapport aux autres techniques de traitement de l'eau et des eaux usées en raison de son faible coût, de sa facilité d'utilisation, de la production de moins de sous-produits et de sa facilité d'intégration avec d'autres techniques pour une meilleure efficacité8. Les principes du processus d'adsorption en surface sont présentés sur la figure 2. Le transfert de masse a lieu lorsque la solution contaminée par le polluant entre en contact avec l'adsorbant. Les espèces adsorbées par les polluants sont transportées sélectivement depuis la solution globale et occupent les sites de liaison à la surface de l'adsorbant. Selon la nature de l'interaction entre l'adsorbant et l'adsorbat, le phénomène d'adsorption superficielle est chimique ou physique. L'adsorption physique en surface conduit à l'adsorption de plusieurs couches de contaminant sur l'adsorbant et est également endothermique et réversible, tandis que l'adsorption chimique en surface est une adsorption dense à couche unique et est également un processus exothermique et irréversible et est plus forte que l'adsorption physique9. Le charbon actif, le biochar, l'argile montmorillonite et les hydrogels sont les adsorbants les plus importants utilisés pour éliminer les pesticides de l'eau et des eaux usées10,11,12. L'hydrogel est un réseau polymère tridimensionnel gonflable, hydrophile et insoluble produit par la réaction d'un ou plusieurs monomères. Ces caractéristiques distinguent les hydrogels des autres polymères. Selon l'origine du polymère, les hydrogels sont divisés en deux catégories : naturels et synthétiques. Les hydrogels naturels ont une longue durée de vie, une capacité d’adsorption d’eau élevée et une résistance de gel élevée et ont progressivement remplacé les hydrogels synthétiques13. La gomme adragante (TG) est l'un des polysaccharides naturels peu coûteux obtenus à partir de la sève séchée de l'astragale et, en raison de la présence de groupes fonctionnels hydroxyle, carboxylique et époxy, elle peut être utilisée dans la réaction de polymérisation avec divers réactifs. Cette gomme est non toxique, biocompatible et stable dans une large gamme de pH14. Les hydrogels à base d'acide acrylique, en raison de leur gonflement élevé, de leur capacité d'adsorption élevée et de leur vitesse d'adsorption élevée, ont trouvé de nombreuses applications dans le domaine de la préparation d'absorbants polymères pour le traitement de l'eau et des eaux usées. La méthode de synthèse la plus courante de ces hydrogels est la méthode de polymérisation radicalaire. Le degré de réticulation est l’un des facteurs les plus importants dans la capacité d’adsorption de ces hydrogels. Divers mécanismes d'adsorption ont été proposés par ces hydrogels, tels que les interactions électrostatiques, les interactions hydrophobes, l'échange d'ions et les liaisons hydrogène15. En outre, les hydrogels à base d’acrylamide sont les hydrogels les plus couramment utilisés et présentent un changement de volume significatif en réponse à des stimuli physiques et chimiques. Ces hydrogels sont utilisés pour éliminer divers contaminants16,17. Dans cette étude, pour la première fois, nous avons utilisé un hydrogel à base d'adsorbant carboxyméthylique greffé avec du poly (acide acrylique-co-acrylamide) pour éliminer le PEN des solutions aqueuses et les paramètres de temps de contact de l'adsorbant avec le contaminant, la concentration du contaminant et le pH de la solution ont été évalué.