Synthèse, caractérisations et tests photocatalytiques d’un matériau argileux d’origine naturelle à base de beidellite fonctionnalisée par TiO₂

Synthesis, characterization and photocatalytic tests of beidellite based natural clay mineral functionalized by TiO₂

¹ Laboratoire de Matière Condensée et Nanostructures (LMCN), Université Cadi Ayyad, BP 549, Marrakech, Maroc
e-mail : rhoutab@yahoo.fr
² CIRIMAT, ENSIACET, 4 Allée Emile Monso, BP 44362, 31432 Toulouse Cedex 4, France
³ Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), 15 rue Jean Starcky, BP 2488, 68057 Mulhouse Cedex, France
⁴ Laboratoire de Géosciences et Géoenvironnement (LGG), Université Cadi Ayyad, BP 549, Marrakech, Maroc

Reçu : 20 Juin 2011
Accepté : 16 Avril 2012

Résumé

Cette étude porte sur la fonctionnalisation par TiO₂ d’une argile marocaine de type beidellite et sur l’évaluation de son activité photocatalytique pour l’élimination d’un colorant anionique : l’orange G (OG), utilisé dans l’industrie textile. Les échantillons argileux ont été caractérisés, avant et après fonctionnalisation, par DRX, MEB et MET couplé à l’analyse EDX, TG-ATD, FTIR, ICP et RMN du solide. La beidellite est aluminifère, dioctaédrique, de formule chimique (Si_7,57Al_0,43)₈ (Al_2,75Fe_0,73Mg_0,38Ti_0,14)₄ (Na_0,37K_0,23Mg_0,01) avec une CEC, une surface spécifique et un volume poreux total de l’ordre de 48 méq/100 g, 72 m²/g et 0,128 cm³/g respectivement. Les matériaux argileux nanocomposites obtenus sont constitués de nanoparticules de TiO₂ (taille moyenne 10 nm) supportées par les feuillets de la beidellite. Leurs surfaces spécifiques sont quasiment du même ordre de grandeur que celle de la beidellite tandis que leurs volumes poreux augmentent pour atteindre 0,226 cm³/g. L’échantillon calciné à 600 ^◦C, dans lequel TiO₂ est sous forme d’anatase, manifeste une activité photocatalytique remarquable vis-à-vis de l’élimination de l’OG en milieu aqueux.

Abstract

This study deals with the preparation of TiO₂ functionalized Moroccan beidellite clay mineral and the evaluation of its photocatalytic activity toward the removal of anionic dye Orange G (OG) largely used in textile industry. The clayey materials were characterized before and after functionalization using XRD, SEM, TEM equipped with EDX, TG-DTA, FTIR, ICP and MAS-NMR techniques. The beidellite was a dioctahedral alumino-ferruginous whose structural formula was (Si_7.57Al_0.43)₈ (Al_2.75Fe_0.73Mg_0.38Ti_0.14)₄ (Na_0.37K_0.23Mg_0.01) and exhibited a CEC, a specific surface area and a total porous volume around 48 meq/100 g, 72 m²/g and 0.128 cm³/g, respectively. The clayey nanocomposites materials obtained were made up of TiO₂ (10 nm) supported onto beidellite layers. Their specific surface areas were quite similar to those of the starting beidellite whilst their porous volumes increased to reach 0.226 cm³/g. The sample annealed at 600 ^◦C, in which TiO₂ crystallized in the form of anatase, was the best photocatalyst toward the removal of OG from aqueous media.