Etude des propriétés des complexes dérivées du chitosane pour leurs applications : électrocatalytiques, électroanalytiques et optoélectroniques
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
Chitosan-ZnO nanocomposites are studied for their electroanalytic, optoelectronic and electrocatalytic properties. These nanocomposites are synthesized in the immobilization approach initiated by the formation of the chitosan complex-Zn2+. The nanocomposites are synthesized in the circular economy perspective, they are by-products obtained during the recycling of used-cotton fabrics. Indeed, End-of-life textile recycling presents a real economic and environmental challenge and the effectiveness of the nanocomposites in this end has been evaluated. For comparison, the precipitation route and the sonochemical route were used as in situ treatment methods. The effect of chitosan characteristics on the antibacterial tissues treatment durability and the properties of the resulting nanocomposites was studied. The chemical bonding, crystal structure, morphology, optical, optoelectronic and electronic properties, intermolecular interactions and antibacterial properties of the resulting free nanocomposites were investigated. The treated used-fabrics were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive X-rays spectroscopy (EDS) before and after 20 washes. Density Functional Theory (DFT) study and atoms in molecules (AIM) analysis of cellulose-nanocomposite interaction were carried out.
The results indicate an effective dose of 2 mg against tested bacteria for all the nanocomposites. The nanocomposites have an orange-red emission with no Zn-defects and large oscillator strength (ƒ) values, which qualifies them for electroanalytic and optoelectronic applications. The electrocatalytic properties of the chitosan-ZnO nanocomposite are found to be dependent on the ZnO nanostructures shape. Medium molecular weight chitosan-based nanocomposites showed more intense orange-red emission and higher ƒ values. Sustainable antibacterial properties of treated fabrics are generated with high molecular weight chitosan-based nanocomposites. More than 83% of the antibacterial activity is retained after 20 washes. The theoretical study confirms the stability of the free nanocomposite (chitosan-ZnO) and its destabilization by contacting the fabric when ZnO is a rod shaped, which generates its growth-promoting.
Description
Les nanocomposites chitosan-ZnO sont étudiés pour leurs propriétés électroanalytiques, optoélectroniques et électrocatalytiques. Ces nanocomposites sont synthétisés dans l’approche d’immobilisation initiée par la formation du complexe chitosane-Zn2+. Les nanocomposites sont synthétisés dans la perspective de l’économie circulaire, ce sont des produits secondaires obtenus lors d’un recyclage des tissus utilisés de coton. En effet, le recyclage des textiles en fin de vie présente un réel défi économique et environnemental et l’efficacité des nanocomposites dans ce sens a été évaluée. Afin de comparaison, la voie de précipitation et la voie sonochimique ont été utilisées comme méthodes de traitement in situ. L’effet des caractéristiques du chitosane sur la durabilité antibactérienne des tissus traités et les propriétés des nanocomposites résultants ont été étudiés. La liaison chimique, la structure cristalline, la morphologie, les propriétés optiques, optoélectroniques et électroniques, les interactions intermoléculaires et les propriétés antibactériennes des nanocomposites libres ont été étudiés. Les tissus traités ont été caractérisés par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la microscopie électronique à balayage (MEB) équipée de la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (EDS) avant et après 20 lavages. La théorie fonctionnelle de la densité (DFT) et l’analyse des atomes dans les molécules (AIM) de l’interaction cellulose-nanocomposite ont été effectuées. Les résultats indiquent une dose efficace de 2 mg contre les bactéries testées pour tous les nanocomposites. Les nanocomposites ont une émission rouge-orange sans défauts de Zn et de grandes valeurs de la force d’oscillateur (ƒ), ce qui les qualifie pour des applications électroanalytiques et optoélectroniques. Les propriétés électrocatalytiques du nanocomposite chitosane-ZnO sont trouvées dépendantes de la forme des nanostructures de ZnO. Les nanocomposites à base de chitosane de poids moléculaire moyen ont montrés des émissions orange-rouge plus intenses et des valeurs ƒ plus élevées. Les propriétés antibactériennes durables des tissus traités sont générées avec des nanocomposites à base de chitosane de poids moléculaire élevé. Plus de 83% de l’activité antibactérienne est conservée après 20 lavages. L’étude théorique confirme la stabilité du nanocomposite libre (chitosane-ZnO) et sa déstabilisation en contactant le tissu lorsque le ZnO est en forme de nanotige, ce qui génère sa croissance.