Impact des nanoparticules synthétisées : semi-conductrices, à faible coût et éco-respectueuses sur la remédiation de l’eau via des procédés d’oxydation avancés.
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ABSTRACT
In order to investigate the structural, morphological, antibacterial, and photocatalytic capabilities of silver oxide (AgO) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles, this work uses leaf extract as a natural reducing agent. With an emphasis on their uses in the environmental and medical domains, the study examines how the concentration of leaf extract affects the nanoparticles' characteristics.
Although the concentration of the leaf extract changed the size of the crystallites and the density of defects, X-ray diffraction (XRD) examination for the synthesis of AgO nanoparticles revealed that the extract had no effect on the crystalline phase of AgO. At 2θ values of 32.83°, 38.08°, 54.95°, 65.50°, and 68.83°, respectively, diffraction peaks were detected that corresponded to the (111), (200), (220), (311), and (222) Bragg planes.
Depending on the leaf extract concentration, the average crystallite size varied between 15 and 40 nm. According to scanning electron microscopy (SEM), raising the quantity of leaf extract caused the particle sizes to decrease from around 100 nm to 10 nm, but it also increased the aggregation of the particles. The existence of functional groups on both the AgO nanoparticles and the leaf extract was verified by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), which showed peaks that corresponded to hydroxyl groups, C-O bond vibrations, and metal-oxygen bond vibrations. UV-Vis spectroscopy revealed that the nanoparticles had broad absorption bands in the visible and ultraviolet spectrums, with a rise in Urbach energy (Eu) and a noticeable drop in band gap energy (Eg) when the quantity of leaf extract rose.
Ag₂O nanoparticles showed strong antibacterial action against both gram-positive and gram-negative bacteria, with minimum inhibitory concentrations (MICs) between 6.25 and 25 μg/ml. However, against Candida albicans, no discernible antifungal action was seen. Methylene blue (MB) dye photocatalytic degradation revealed that Ag₂O nanoparticles made with leaf extract were less effective than as-synthesized Ag₂O, with degradation yields ranging from 68% to 87% and rate constants range from 1.32 to 4.02 × 10⁻² min⁻¹.
The synthesis of ZnO nanoparticles was confirmed through X-ray diffraction (XRD) analysis, which identified a hexagonal wurtzite crystalline structure. The crystallite size and defect density were observed to be dependent on the concentration of leaf extract and the annealing temperature (320°C and 500°C). Scanning electron microscopy (SEM) images indicated that an increase in extract concentration resulted in the formation of smaller spherical nanoparticles; however, higher concentrations also contributed to increased particle aggregation. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis identified functional groups analogous to those present in Ag₂O nanoparticles, including hydroxyl groups, C–O bonds, and metal–oxygen vibrations. Ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy revealed a reduction in band gap energy and an increase in Urbach energy with higher leaf extract concentrations and annealing temperatures.
The ZnO nanoparticles exhibited significant antimicrobial activity against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, as well as Candida albicans. Furthermore, photocatalytic degradation studies of methylene blue dye demonstrated an efficiency of up to 74% for ZnO samples annealed at 500°C, highlighting their potential for environmental remediation.
Overall, this study underscores the efficacy of green-synthesized Ag₂O and ZnO nanoparticles as sustainable alternatives to conventional synthesis methods. The findings demonstrate their potential applications in antimicrobial treatments, water purification, and environmental catalysis. By leveraging natural resources such as leaf extracts, this research contributes to the development of eco-friendly nanotechnology, promoting enhanced material properties for diverse technological and environmental applications.
Keywords: Green synthesis; Silver oxide nanoparticles; zinc oxide nanoparticles; X-ray diffraction; Optical properties; Photocatalysis. ; antimicrobialtreatments
Description
RESUME
Cette étude explore la synthèse verte de nanoparticules d’oxyde d’argent (Ag2O) et d’oxyde de zinc (ZnO) à l’aide d’un extrait de feuilles comme agent réducteur naturel, en explorant leurs propriétés structurelles, morphologiques, antimicrobiennes et photocatalytiques. La recherche étudie l’influence de la concentration d’extrait de feuille sur les propriétés des nanoparticules, en particulier dans leurs applications dans le domaine environnemental et médical.
Pour la synthèse des nanoparticules d’Ag2O, l’analyse par diffraction aux rayons X (DRX) a montré que la phase cristalline de l’Ag2O n’était pas affectée par l’extrait foliaire, bien que la concentration de l’extrait ait influencé la taille et la densité du défaut. Des pics de diffraction correspondant aux plans de Bragg (111), (200), (220), (311) et (222) ont été observés à 2θ valeurs de 32,83°, 38,08°, 54,95°, 65,50°, et 68,83°, respectivement. La taille moyenne des cristallites variait de 15 nm à 40 nm, selon la concentration d’extrait de feuille. La microscopie électronique à balayage (MEB) a révélé que l’augmentation de la concentration d’extrait de feuille entraînait une réduction des particules, passant d’environ 100 nm à 10 nm, mais aussi une augmentation de l’agrégation des particules. La spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier (FTIR) a confirmé la présence de groupes fonctionnels sur les nanoparticules d’Ag2O et l’extrait de feuille, avec des pics correspondant aux vibrations de liaison métal-oxygène, aux vibrations de liaison C-O et aux groupes hydroxyle. La spectroscopie UV-Vis a indiqué que les nanoparticules ont présenté de larges bandes d’absorption dans les régions visible et ultraviolette, avec une diminution notable de l’énergie du gap (Eg) et une augmentation de l’énergie d’Urbach (Eu) à mesure que la concentration d’extrait foliaire augmentait.
En ce qui concerne les propriétés antimicrobiens, les nanoparticules d’Ag2O ont démontré une activité significative contre les bactéries à Gram positif et à Gram négatif, avec des concentrations minimales inhibitrices (CIM) allant de 6,25 à 25 μg/ml. Cependant, aucune activité antifongique significative n’a été observée contre Candida albicans. La dégradation photocatalytique du colorant bleu de méthylène (MB) a montré que les nanoparticules d’Ag2O synthétisées à l’aide d’extrait de feuilles de quercus robur présentaient une réduction de l’efficacité par rapport au Ag2O synthétisés sans extrait, avec des rendements de dégradation allant de 68 % à 87 %, et des constantes de taux variant de 1,32 à 4,02 10-2 min-1.
Pour la synthèse des nanoparticules de ZnO, l’analyse XRD a confirmé la structure hexagonale de wurtzite, la taille de la crystallite et la densité des défauts étant influencées par la concentration d’extrait de feuille et la température de recuit (320 °C et 500 °C). Les images MEB ont montré que des concentrations d’extrait plus élevées entraînaient des particules sphériques plus petites, mais l’agrégation augmentait également avec des concentrations plus élevées. L’analyse FTIR a révélé des groupes fonctionnels similaires à ceux trouvés dans les nanoparticules d’Ag2O, y compris les groupes hydroxyle, les liaisons C-O et les vibrations métal-oxygène. Les spectres UV-Vis ont montré une diminution de l’énergie d’écart de bande et une augmentation de l’énergie d’Urbach avec la concentration croissante d’extrait de feuille de quercus roburet la température de recuit.
Les nanoparticules de ZnO ont démontré une forte efficacité antimicrobienne contre les bactéries à Gram positif et à Gram négatif, ainsi que contre Candida albicans. Les études de dégradation photocatalytique du colorant bleu de méthylène ont montré une efficacité remarquable allant jusqu’à 74 % pour les échantillons de ZnO recuits, en particulier à 500 °C, mettant en évidence le potentiel de ces nanoparticules pour des applications environnementales.
Dans l’ensemble, cette recherche met en évidence le potentiel des nanoparticules d’Ag2O et de ZnO synthétisées en vert comme alternatives écologiques aux méthodes de synthèse traditionnelles. Les résultats soulignent leurs applications prometteuses dans les traitements antimicrobiens, la purification de l’eau et la catalyse environnementale. L’étude contribue à l’avancement de la nanotechnologie durable en mettant en évidence le rôle des ressources naturelles, telles que l’extrait de feuille, dans la production des nanoparticles avec les propriétés améliorées pour diverses applications technologiques et écologiques.
Mots-clés :Synthèse verte ; Nanoparticules d’oxyde d’argent ; Nanoparticules d’oxyde de zinc ; Diffraction des rayons X ; Propriétés optiques ; Photocatalyse. ; traitements antimicrobiens
Keywords
Keywords: Green synthesis, Silver oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles, X-ray diffraction, Optical properties, Photocatalysis., antimicrobialtreatments, الكلمات الرئيسية: التوليف الأخضر ؛ جسيمات أكسيد الفضة النانوية ؛ وجسيمات أكسيد الزنك النانوية ؛ حيود الأشعة السينية ؛ الخصائص البصرية ؛ التحفيز الضوئي ؛ العلاجات المضادة للميكروبات, Mots-clés :Synthèse verte, Nanoparticules d’oxyde d’argent, Nanoparticules d’oxyde de zinc, Diffraction des rayons X, Propriétés optiques, Photocatalyse., traitements antimicrobiens