Inactivation photocatalytique de Escherichia coli par une suspension de TiO₂ sous irradiation UV-C à 254 nm
DOI :
https://doi.org/10.59228/rcst.026.v5.i2.258Mots-clés :
photocatalyse hétérogène, TiO₂, Escherichia coli, désinfection de l’eau, rayonnement UVRésumé
Dans un contexte marqué par la raréfaction de l’eau potable et l’augmentation de la contamination microbienne, cette étude explore l’utilisation de la photocatalyse hétérogène comme procédé d’oxydation avancée pour la désinfection de l’eau. Le procédé étudié repose sur le couplage d’un rayonnement ultraviolet (UV) et d’un photocatalyseur à base de dioxyde de titane (TiO₂, Degussa P25) utilisé sous forme de poudre dans un réacteur photocatalytique. L’efficacité du système a été évaluée pour l’inactivation de la bactérie pathogène Escherichia coli, couramment utilisée comme indicateur de contamination fécale des eaux. Les résultats expérimentaux montrent que le TiO₂ seul, en absence d’irradiation UV, présente une activité bactéricide très faible. En revanche, l’irradiation UV à 254 nm entraîne une inactivation progressive des bactéries par photolyse. Le couplage UV/TiO₂ produit un effet synergique significatif conduisant à une inactivation rapide et complète de Escherichia coli, avec une concentration optimale du catalyseur estimée à 0,8 g/L. Ce phénomène est principalement attribué à la formation de radicaux hydroxyles hautement réactifs, responsables de la dégradation des membranes cellulaires et de l’ADN bactérien. Cette approche apparaît ainsi comme une technologie prometteuse pour le traitement et la désinfection de l’eau, notamment dans les régions confrontées à un accès limité à l’eau potable.
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Références
Anses. (2017). Avis du 18 mai 2017 relatif à la détection d’Escherichia coli producteurs de shigatoxines (STEC) considérés comme hautement pathogènes en filière viande hachée bovine.
Ao, X.-W., Eloranta, J., Huang, C.-H., Santoro, D., Sun, W.-J., Lu, Z.-D., & Li, C. (2021). Peracetic acid-based advanced oxidation processes for decontamination and disinfection of water: A review. Water Research, 188, 116479. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116479
Bekal, S., Brousseau, R., Masson, L., Préfontaine, G., Fairbrother, J., & Harel, J. (2003). Rapid identification of Escherichia coli pathotypes by virulence gene detection with DNA microarrays. Journal of Clinical Microbiology, 40, 2113–2125.
Belloni, J. (2006). Nucleation, growth and properties of nanoclusters studied by radiation chemistry: Application to catalysis. Catalysis Today, 113, 141–156.
Buxton, G. V., Greenstock, C. L., & Helman, W. P. (1988). Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solution. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 17(2), 513–759.
Bui, T. H., Felix, C., Pigeot-Rémy, S., Herrmann, J. M., Lejeune, P., & Guillard, C. (2008). Photocatalytic inactivation of wild and hyper-adherent E. coli strains in presence of suspended or supported TiO₂: Influence of the isoelectric point, particle size and adsorptive properties of titania. Journal of Advanced Oxidation Technologies, 11, 510–516.
Chen, Y.-D., Duan, X., Zhou, X., Wang, R., Wang, S., Ren, N.-Q., & Ho, S.-H. (2021). Advanced oxidation processes for water disinfection: Features, mechanisms and prospects. Chemical Engineering Journal, 409, 128207. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128207
Chergui-Bouafia, S., & Alloune, R. (2007). Procédé d’oxydation avancée pour le traitement des eaux usées : principe d’application. Revue des Énergies Renouvelables, 163–170.
Choi, S. W., Shahbaz, H. M., Kim, J. U., Kim, D. H., Yoon, S., Jeong, S. H., Park, J., & Lee, D. U. (2020). Photolysis and TiO₂ photocatalytic treatment under UVC/VUV irradiation for simultaneous degradation of pesticides and microorganisms. Applied Sciences, 10(13), 4493. https://doi.org/10.3390/app10134493
Dunnill, C. W., & Parkin, I. P. (2011). Nitrogen doped TiO₂ thin films: Photocatalytic applications for healthcare environments. Dalton Transactions, 40, 1635–1640. https://doi.org/10.1039/C0DT00494D
Ede, S., Hafner, L., Dunlop, P., Byrne, J., & Will, G. (2012). Photocatalytic disinfection of bacterial pollutants using suspended and immobilized TiO₂ powders. Photochemistry and Photobiology, 88(3), 728–735. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2012.01104.x
Ekoko, B. G., Jianian, S., XianRong, S., Dong, L., Moucheng, L., Juan, S., & Shudian, Y. (2007). Photocatalytic activity of manganese, chromium and cobalt doped anatase TiO₂ nanoporous electrodes produced by re-anodization method. Thin Solid Films, 515(13), 5287–5297.
Ekoko, B. G., Lobo, K.-K. J., Mvele, O. M., Mbongo, K. A., Muswema, L. J., & Lefuni, Z. C. (2013). Optimization of experimental parameters in preparing multinanoporous TiO₂ thin films by the anodic oxidation method. South African Journal of Chemistry, 66, 1–6.
Ekoko, B. G., Lobo, K.-K. J., Omer, M., Mvele, J. L., Muswema, J. F., & Yamambe, S. (2014). Effect of an external applied potential on the photocatalytic properties of manganese-doped titanium dioxide. American Journal of Physical Chemistry, 3(4), 41–46.
Ekoko, B. G., Muswema, L. J., & Lobo, K.-K. J. (2019a). Role of hydroxyl radical scavenger agents in preparing silver nanoparticles under γ-irradiation. SN Applied Sciences, 1, 961. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0973-7
Ekoko, B. G., Muswema, L. J., & Lobo, K.-K. J. (2019b). Nickel oxide nanocrystalline fabricated under gamma irradiation and its photocatalytic investigation for textile azo dye degradation. Advances in Materials, 8(3), 112–119. https://doi.org/10.11648/j.am.20190803.13
Ekoko, B. G., Muswema, L. J., Mbongo, K. A., Nzazi Kambamba, N., Nduku Mafwa, F., Kidingi Kambasi, P., & Mukiatom, P. (2019c). Characterization of multinanoporous Pt–TiO₂ thin films fabricated by a three-step electrochemical technique. American Journal of Nanosciences, 5(1), 9–17. https://doi.org/10.11648/j.ajn.20190501.12
Gumy, D., Morais, C., Bowen, P., Pulgarin, C., Giraldo, S., Hajdu, R., & Kiwi, J. (2006a). Catalytic activity of commercial TiO₂ powders for the abatement of bacteria (E. coli) under solar simulated light: Influence of the isoelectric point. Applied Catalysis B: Environmental, 63, 76–84.
Gumy, D., Rincon, A. G., Hajdu, R., Pulgarin, C., & Kiwi, J. (2006b). Solar photocatalysis for detoxification and disinfection of water: Different types of suspended and fixed TiO₂ catalysts studied. Applied Catalysis B: Environmental, 64, 169–174. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2005.11.012
Hedi, B. M., Oualid, B., & Dorra, D. (2011). Les colorants textiles sources de contamination de l’eau : criblage de la toxicité et des méthodes de traitement. Revue des Sciences de l’Eau, 24, 209–238.
ISO. (2007). ISO 7218: Microbiology of food and animal feeding stuffs — General requirements and guidance for microbiological examinations.
ISO. (2014). ISO 11133: Microbiology of food, animal feed and water — Preparation, production, storage and performance testing of culture media.
Jianian, S., Moucheng, L., Dong, L., XianRong, S., Ekoko, B. G., Shudian, Y., & Bin, W. (2007). Effects of applied bias and dopants on the photocatalytic degradation of aqueous dye solution by TiO₂/Ti electrode. Materials Science Forum, 539–543, 2240–2245.
Landry, Y., & Gies, J. P. (2009). Pharmacologie : des cibles vers l’indication thérapeutique. Paris : Dunod.
Luciano, F., Jean-Claude, L., Mathieu, A., Michel, D., & Harivony, R. (2019). Introduction à la microbiologie : microbiologie fondamentale et appliquée. Paris : Dunod.
Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., & Stahl, D. A. (2021). Brock Biology of Microorganisms (16e éd.). Pearson.
Mabiala, M. T., Kazadi, M. B. A., & Ekoko, B. G. (2016). Influence of pH preparation on the photo-response of electrodeposited titanium dioxide thin films. International Journal of Materials Science and Applications, 5(5), 207–213. https://doi.org/10.11648/j.ijmsa.20160505.15
Maness, P. C., Smolinski, S. L., Blake, D. M., Huang, Z., Wolfrum, E. J., & Jacoby, W. A. (1999). Bactericidal activity of photocatalytic TiO₂ reaction: Toward an understanding of its killing mechanism. Applied and Environmental Microbiology, 65(9), 4094–4098.
Masoud, B. K. (2011). Traitement des eaux usées colorées : procédé photo-Fenton hétérogène. Éditions Universitaires Européennes.
Muderhwa Mulangala F., Mbongo Kimpanza A., Iyambe Bulola P., Disadisa Maziana P., & Ekoko Bakambo G. (2020). Evaluation par Chloration de la Cinétique de Destruction d’Escherichia coli. Study Design Foundation/Washington, 1–23. https://doi.org/10.46910/abusc04.
Muderhwa Mulangala F., Mbongo Kimpanza A., Iyambe Bulola P., Disadisa Maziana P., & Ekoko Bakambo G. (2020). Effet bactéricide de la poudre en suspension de TiO₂ dans la destruction d’Escherichia coli sous radiation UV de 254 nm. Study Design Foundation/Washington, 1–23. https://doi.org/10.46910/abusc05
Musengele B. M. D., Muswema L. J., Lohohola O. P., Mvele O. M., Malongwe K. J., Disa Disa P. M., Kayembe J., Ndonganzadi T., Biayi E. M., Mbinza L., Muderhwa F. M., Musengele C. K., Mbundu C. L. & Ekoko G. B. (2024). Évaluation de l’effet bactéricide des nanostructures “sol-gel” de TiO₂ intrinsèque et Ag–TiO₂ dopé sur Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus. Journal Africain des Sciences, 1(2), 157–169.
Organisation mondiale de la Santé (OMS). (2017a). Guidelines for drinking-water quality (4e éd.). Genève.
Organisation mondiale de la Santé (OMS). (2017b). Relevé épidémiologique hebdomadaire, 92(36), 521–536.
Pigeot-Rémy, S., Simonet, F., Errazuriz-Cerda, E., Lazzaroni, J. C., Atlan, D., & Guillard, C. (2011). Photocatalysis and disinfection of water: Identification of potential bacterial targets. Applied Catalysis B: Environmental, 104, 390–398.
Rincón, A. G., & Pulgarin, C. (2004). Bactericidal action of illuminated TiO₂ on pure Escherichia coli and natural bacterial consortia: Post-irradiation events in the dark and assessment of the effective disinfection time. Applied Catalysis B: Environmental, 49, 99–112.
Rizzo, L., Della Sala, A., Fiorentino, A., & Li Puma, G. (2014). Disinfection of urban wastewater by solar driven and UV lamp TiO₂ photocatalysis: Effect on a multidrug resistant Escherichia coli strain. Water Research, 52, 145–152. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.01.020
Roche, P. A. (2000). L’eau au XXIe siècle : enjeux, conflits, marchés. RAMSES 2001, Ifri/Dunod, 5–42.
Saratale, R. G., Saratale, G. D., Chang, J. S., & Govindwar, S. P. (2011). Bacterial decolorization and degradation of azo dyes: A review. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 42, 138–157.
Sichel, C., Blanco, J., Malato, S., & Fernández-Ibáñez, P. (2007). Effects of experimental conditions on E. coli survival during solar photocatalytic water disinfection. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 189, 239–246.
UNICEF. (2018). Eau et assainissement : fiche d’information RDC.
UNICEF & WHO. (2018). Progress on drinking water, sanitation and hygiene: 2017 update and SDG baselines. New York.
Verdier, T., Coutand, M., Bertron, A., & Roques, C. (2014). Antibacterial activity of TiO₂ photocatalyst alone or in coatings on E. coli: Influence of methodological aspects. Coatings, 4(3), 670–686. https://doi.org/10.3390/coatings4030670
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