Elaboration des nanocomposites à base de cellulose extraite de plantes et de déchets

Abstract

Durant les dernières décennies, les chercheurs visent la synthèse de nouveaux matériaux composites aux propriétés innovantes répondant à la demande des industries (papier, pharmacologique, médicale etc.). C'est dans cette optique que s'est articulé notre projet de recherche en mettant en avant une voie de valorisation de la cellulose dans l'élaboration de produits à haute valeur ajoutée tels que les matériaux composites en tant que renfort. L'objectif de notre projet est de développer des matériaux nanocomposites à base de cellulose extraite de plantes et de déchets, et de particules inorganiques comme le ZnO et le ZnS vu leurs intéressantes propriétés. Dans un premier temps, l’obtention de la cellulose à partir des trois plantes : Alpha (Stipa tenacissima), Samar (Juncus), les feuilles et les fruits de platane et à partir de déchets de cheval et de vêtement est réalisée avec succès, ceci est confirmé par les différentes analyses effectuées (FTIR et DRX). La caractérisation par microscope électronique à balayage (MEB) montre que la cellulose obtenue se présente sous deux formes : microfibrile de cellulose (MFC) et nanocristaux de cellulose (NCC). La caractérisation par diffraction des rayons X (DRX) montre que le taux de cristallinité change d’une cellulose à une autre. Par ailleurs, des nanoparticules d’oxyde de zinc ont été élaborés par deux méthodes chimiques : la méthode solgel et la méthode de précipitation, ce sont des procédés simples, non couteux et facile à mettre

en œuvre. Tandis que les nanoparticules de sulfure de zinc ont été élaborées par deux méthodes :

par voie sèche,

et par voie humide. La caractérisation DRX montre une structure hexagonale würtzite pour les deux matériaux. Ces derniers présentent une activité antibactérienne. En fin, des nanocomposites ZnO/cellulose et ZnS/cellulose ont été élaborés par des méthodes simples dans des milieux aqueux. La caractérisation MEB de ces nanocomposites à base de cellulose extraite d’alpha montre que les nanoparticules de ZnO et ZnS se présentent à la surface des fibres cellulosiques. La caractérisation DRX confirme la présence des deux constituants. Par ailleurs, les nanocomposites ZnO/cellulose et ZnS/cellulose montrent des zones d’inhibition de l’activité anti bactérienne contre les bactéries E. coli (Gram négatif) et S. aureus (Gram positif). Mots clé : cellulose, ZnO, ZnS, composite This study was aimed at developing biopolymer-based composite. Therefore, organic–inorganic materials of cellulose/zinc oxide (ZnO) and cellulose/zinc sulfide (ZnS) were prepared in this work. The cellulose was extracted from different plants, industrial and animal wastes. Methods, such as FT-IR, SEM and XRD, were used to characterize the extracted cellulose, ZnO and ZnS nanoparticules and the synthetized nanocomposites. The XRD analysis showed that the cellulose did not have well defined structure whereas the SEM images showed that the extracted cellulose thus obtained had microfibril (MFC) and nanocristallin (NCC) forms. The infrared spectra showed the presence of specific bands attributed to the cellulose. On the other hand, the ZnO powder was prepared by sol-gel and precipitation methods, while the ZnS powder was prepared by dried and wet ways. The XRD analysis showed that the both of ZnO and ZnS had the hexagonal würtzite structure. Elsewhere, the both of them had significant antimicrobial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus.

Finally, the nanocomposites substances were successfully obtained using easy processes in aqueous solutions. The SEM images showed that the well dispersion of ZnO and ZnS nanoparticles was observed at the surface of MFC. The XRD analysis and FT-IR confirmed the impregnation of ZnO and ZnS into cellulose. The composites thus synthetized had significant antimicrobial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus.

Key words: Cellulose, composite, zinc oxide, zinc sulfide.