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Article Dans Une Revue Gels Année : 2022

Cleaning of Wastewater Using Crosslinked Poly(Acrylamide-co-Acrylic Acid) Hydrogels: Analysis of Rotatable Bonds, Binding Energy and Hydrogen Bonding

Résumé

The discharge of untreated wastewater, often contaminated by harmful substances, such as industrially used dyes, can provoke environmental and health risks. Among various techniques, the adsorption of dyes, using three-dimensional (3D) networks consisting of hydrophilic polymers (hydrogels), represents a low-cost, clean, and efficient remediation method. Three industrially used dyes, Methylene Blue, Eosin, and Rose Bengal, were selected as models of pollutants. Poly(acrylamide) (poly(AM)) and poly(acrylamide-co-acrylic acid) (poly(AM-co-AA)) networks were chosen as adsorbent materials (hydrogels). These polymers were synthesized by crosslinking the photopolymerization of their respective monomer(s) in an aqueous medium under exposure to UV light. Experimental adsorption measurements revealed substantially higher dye uptakes for poly(AM-co-AA) compared to poly(AM) hydrogels. In this report, a theoretical model based on docking simulations was applied to analyze the conformation of polymers and pollutants in order to investigate some aspects of the adsorption process. In particular, hydrogen and halogen interactions were studied. The presence of strong hydrogen bonding plays a crucial role in the retention of dyes, whereas halogen bonding has a small or negligible effect on adsorption. An evaluation of binding energies allowed us to obtain information about the degree of affinity between polymers and dyes. The number of rotatable bonds in the copolymer exceeds those of poly(AM),meaning that poly(AM-co-AA) is revealed to be more suitable for obtaining a high retention rate for pollutants.
Le rejet d'eaux usées non traitées, souvent contaminées par des substances nocives, telles que des colorants utilisés industriellement, peut entraîner des risques pour l'environnement et la santé. Parmi diverses techniques, l'adsorption de colorants, à l'aide de réseaux tridimensionnels (3D) constitués de polymères hydrophiles (hydrogels), représente une méthode de remédiation peu coûteuse, propre et efficace. Trois colorants utilisés industriellement, le bleu de méthylène, l'éosine et le rose bengale, ont été sélectionnés comme modèles de polluants. Des réseaux poly(acrylamide) (poly(AM)) et poly(acrylamide-co-acide acrylique) (poly(AM-co-AA)) ont été choisis comme matériaux adsorbants (hydrogels). Ces polymères ont été synthétisés par réticulation de la photopolymérisation de leur(s) monomère(s) respectif(s) en milieu aqueux sous exposition à la lumière UV. Les mesures expérimentales d'adsorption ont révélé des absorptions de colorant sensiblement plus élevées pour le poly(AM-co-AA) par rapport aux hydrogels poly(AM). Dans ce rapport, un modèle théorique basé sur des simulations d'amarrage a été appliqué pour analyser la conformation des polymères et des polluants afin d'étudier certains aspects du processus d'adsorption. En particulier, les interactions hydrogène et halogène ont été étudiées. La présence d'une forte liaison hydrogène joue un rôle crucial dans la rétention des colorants, tandis que la liaison halogène a un effet faible ou négligeable sur l'adsorption. Une évaluation des énergies de liaison nous a permis d'obtenir des informations sur le degré d'affinité entre les polymères et les colorants. Le nombre de liaisons rotatives dans le copolymère dépasse celui du poly(AM), ce qui signifie que le poly(AM-co-AA) se révèle plus adapté pour obtenir un taux de rétention élevé des polluants.

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hal-03871945 , version 1 (25-11-2022)

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Citer

Salah Hamri, Tewfik Bouchaour, Djahida Lerari, Zohra Bouberka, Philippe Supiot, et al.. Cleaning of Wastewater Using Crosslinked Poly(Acrylamide-co-Acrylic Acid) Hydrogels: Analysis of Rotatable Bonds, Binding Energy and Hydrogen Bonding. Gels, 2022, Gels, 8 (3), pp.156. ⟨10.3390/gels8030156⟩. ⟨hal-03871945⟩
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