Couplage photocatalyse-oxydation par le ferrate (VI) pour le traitement du colorant rhodamine 6G

Résumé Fr En

Un facteur limitant de l’oxydation photocatalytique du dioxyde de titane (TiO2) sous irradiation UV est la recombinaison des électrons de la bande de conduction (e-cb) avec les trous d’électron (h+vb) à la surface de TiO2. Le couplage du ferrate(VI), Fe(VI), connu comme un oxydant respectueux de l’environnement, avec la photocatalyse UV/TiO2 pourrait conduire à une synergie oxydative de par le piégeage de e-cb par Fe(VI) et la consécutive formation de l’espèce hautement réactive Fe(V). Cette étude décrit les résultats du couplage TiO2 commercial P25 avec Fe(VI) sous forme pure ou sous forme d’une matière synthétisée dans notre laboratoire (produit solide nommé Fe(VI) matter) pour l’abattement du colorant rhodamine 6G (R6G). Les cinétiques de transformation de R6G ([R6G]0 = 10‑5 M; pH = 8,00 ± 0,05), en présence de TiO2 ([P25] = 0,1 g∙L‑1) illuminé sous UV et/ou de Fe(VI) ([Fe(VI)]0 = 10‑4 M) sont suivies par spectrophotométrie. Une synergie est mise en évidence lors du traitement de R6G par UV/TiO2/Fe(VI) pur, conduisant à une accélération de la transformation de R6G et à une minéralisation plus importante. Cependant, cet abattement n’est pas atteint lors du couplage UV/TiO2/Fe(VI) matter. Une étude de l’impact de sels inorganiques présents dans Fe(VI) matter sur l’activité photocatalytique est présentée. Le sulfate, SO42‑, et le Fe(OH)3 en particulier mènent à une forte inhibition de l’activité de TiO2. Le suivi de la production des radicaux hydroxyles (OH•) montre une inhibition physique de leur production due à la formation d’une couche de sels inorganiques à la surface de TiO2 et au piégeage de radicaux OH• dans la solution.

A limiting factor in photocatalytic oxidation using UV irradiation of titanium dioxide (TiO2) is the recombination of conduction band electrons (e-cb) with electron holes (h+vb) on TiO2 surface. Coupling ferrate(VI), Fe(VI), known as an “environmentally friendly” oxidant, with UV/TiO2 photocatalysis may involve an oxidation synergism arising from the Fe(VI) scavenging of e-cb and the corresponding beneficial formation of highly reactive Fe(V). This study describes the results of coupling P25 TiO2 and Fe(VI) (pure or Fe(VI) matter synthesized in our laboratory) to remove the dye rhodamine 6G (R6G). Abatement kinetics for R6G, ([R6G]0 = 10‑5 M; pH = 8.00 ± 0.05), in presence of TiO2 ([P25] = 0.1 g∙L‑1) illuminated under an UV source and/or Fe(VI) ([Fe(VI)]0 = 10‑4 M) were followed by spectrophotometry. A synergism was highlighted during the treatment of R6G by UV/TiO2/pure Fe(VI), leading to a faster abatement and a better mineralization. However, this abatement was not reached when coupling Fe(VI) matter with UV/TiO2. A study of the impact of the inorganic salts present in the Fe(VI) matter on the oxidative activities is presented. Sulfate, SO42‑, and Fe(OH)3 in particular lead to a high inhibition of TiO2 activity. The monitoring of hydroxyl radical (OH•) production highlighted a physical inhibition of the formation of OH•, probably due to the formation of an inorganic salt layer at the surface of TiO2 and also to the scavenging of OH• in the bulk solution.