Traitement photocatalytique d'organismes biologiques dans l'eau à l'aide de nanocomposites le dioxyde de titane et vanadate de bismuth dopés à l'oxyde de graphène

Photocatalytic treatment of biological organisms in water using graphene oxide doped TiO2 and BiVO4 nanocomposites

• Auteur / Autrice : Christeena Theresa Thomas
• Direction : Benoît Schoefs, Velumani Subramaniam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Mexico)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Des Substances et Organismes de la Mer (Nantes) - Mer- molécules et santé EA 2160 / MMS
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Schoefs, Velumani Subramaniam, Juan Carlos Durán-Álvarez, Martine Bertrand, Maria de la Luz Olvera Amador, Justine Marchand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Juan Carlos Durán-Álvarez, Martine Bertrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Anabaena

Escherichia coli

Oxyde de graphène

Vanadate de bismuth

Oxyde de titane

Eau -- Épuration -- Désinfection

Nanoparticules photocatalytiques

Photocatalyse

Mots clés libres

Oxyde de graphène

Dioxyde de titane

Vanadate de bismuth

Nanocomposite

Escherichia coli K12

Anabaena sp.

Phaeodactylum tricornutum

Désinfection photocatalytique

Graphene oxide

Titanium dioxide

Bismuth vanadate

Nanocomposite

Escherichia coli K12

Anabaena sp.

Phaeodactylum tricornutum

Photocatalytic disinfection

Résumé

La désinfection photocatalytique de l'eau potable est habituellement effectuée par une source ultraviolette qui incarne seulement 4% de l'énergie solaire totale, augmentant ainsi le coût et prolongeant l'ensemble du processus. Par conséquent, des nanomatériaux actuellement fonctionnalisés sont développés, ce qui peut ouvrir la voie à l'utilisation de la lumière visible et ainsi accélérer le rythme du processus de désinfection de manière rentable. La recherche a débuté par la sélection de divers matériaux (MWCNT, ZnO) et l'optimisation des voies de synthèse. Dans cette étude rapportée, nous avons synthétisé des nanoparticules de dioxyde de titane (anatase) et de vanadate de bismuth (monoclinique) par la technique sol-gel. Ceci est suivi d'un processus de mélange simple avec de l'oxyde de graphène (GO) pour produire des nanocomposites, tels que le GO /dioxyde de titane (GOT) et le vanadate de bismuth (GOB) en faisant varier les ratios de nanostructures en conséquence et confirmés par différentes techniques de caractérisation. 1,5 GOT et 1,5 GOB ont montré une efficacité d'inactivation améliorée d'Escherichia coli (E. coli) K12 (micro-organisme modèle). Les radicaux hydroxyle (• OH) et superoxyde (O2 • ⁻) se sont avérés responsables de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) jouant un rôle crucial dans la désinfection photocatalytique qui a été évaluée par une étude de piégeurs. Nous avons atteint la désinfection de E. coli K12 ayant une concentration de 10 ^ 7 CFU / mL avec une plus petite quantité de 1,5 GOT (1,05 g / L) obtenant 99,9% d'inactivité en 30 minutes tandis que, pour 1,5 GOB (0,1 g / L) résultant en 89% de désinfection en 60 minutes sous lumière visible simulée Ici, nous proposons une technologie verte environnementale pour la synthèse facile de nanocatalyseurs avec une désinfection améliorée des bactéries qui corrobore bien avec le mécanisme possible. La recherche est également étendue à des études préliminaires sur la désinfection photocatalytique des microalgues à savoir, Anabaena sp. et Phaeodactylum tricornutum. Les résultats étaient prometteurs et à notre connaissance, il s'agit de la première étude utilisant le nanocomposite GOT pour la destruction des algues susmentionnées. Une brève enquête sur les paramètres responsables de la désinfection photocatalytique aux microalgues a été réalisée.

Photocatalytic disinfection of drinking water is habitually performed by ultraviolet source that epitomizes only 4% of the total solar energy, thus increasing the cost and prolonging the whole process. Therefore, currently functionalized nanomaterials aredeveloped which can pave the way for utilization of visible-light and thereby speeding up the rate of disinfection process at a cost-effective manner. The research started with the selection of various materials (MWCNTs, ZnO) and optimizations ofsynthesis routes. In this reported study, we synthesized titanium dioxide (anatase) and bismuth vanadate (monoclinic) nanoparticles through sol-gel technique. This is followed by simple-blending process with graphene oxide (GO) to producenanocomposites, such as GO/titanium dioxide (GOT) and bismuth vanadate (GOB) by varying the ratios of nanostructures accordingly and confirmed by different characterization techniques.1.5 GOT and 1.5 GOB showed enhanced inactivation efficiency of Escherichia coli (E.coli) K12 (model microorganism). Hydroxyl (•OH) and superoxide (O2•⁻) radicals was found to be responsible for producing reactive oxygen species (ROS) playing a crucial role in photocatalytic disinfection which was evaluated through scavenger study. We attained disinfection of E.coli K12 having a concentration of 107 CFU/mL with a smaller quantity of 1.5 GOT (1.05 g/L) obtaining 99.9 % of inactivity in 30 mins while, for 1.5 GOB (0.1 g/L) resulting in 89 %disinfection in 60 mins under simulated visible-light. Here, we propose an environmental green technology for the facile synthesis of nano-catalysts with enhanced disinfection of bacteria which corroborates well with the possible mechanism. Theresearch is also extended towards preliminary studies on the photocatalytic disinfection of microalgae namely, Anabaena sp. and Phaeodactylum tricornutum. The results were promising and to the best of our knowledge, this is the first study using theGOT nanocomposite for the destruction of abovementioned alga. A brief investigation on the parameters responsible for the photocatalytic microalgal disinfection was performed.