Adsorption du colorant sur la sciure de bois

III.2.2.1. Influence du pH sur l'adsorption du VBB sur la sciure de bois

Le pH de la solution est un paramètre important régissant le processus d'adsorption. Il influence non seulement le degré d'ionisation de l'adsorbat mais également la charge de

surface des particules d'adsorbant présentes dans la solution. L’effet du pH sur l'adsorption du

VBB par la sciure de bois a été étudié en faisant varier ce paramètre dans la gamme de pH 3 à 7. Il n’a pas été possible d’élargir cette échelle aux pH basique à cause de la transformation

chimique du colorant en fonction du pH. Dans cette gamme de pH le colorant étudié a la même longueur d’onde d’absorption maximale, et présente sa même couleur bleue spécifique, d’où son nom victoria bleu basique.

F. Mekhalef Benhafsa, thèse de doctorat UDL-SBA 2019 72 3 4 5 6 7 40 50 60 Elimin ation pH 18 20 22 24 26 28 Quan tit é e xtraite

Fig. III.9 : Influence du pH initial sur la quantité de VBB adsorbée et sur le pourcentage de

décoloration par la sciure de bois.

[C=20 mg∙L^-1, m=0.07g, V=100mL, t=1 heure, v=600 rpm, Φ1, T=25°C]

Les résultats du pourcentage de VBB retenu en fonction de la variation du pH de la solution montrent que l'adsorption par la sciure de bois est fortement dépendante du pH comme indiqué par CRINI et BADOT (2010) ; CRINI (2006). Il est clair qu'il existe une relation entre ce colorant cationique et la charge portée par la surface de l'adsorbant, qui est liée aux groupes fonctionnels présents sur la surface. La sciure de bois est constituée principalement par la cellulose et contient des groupements fonctionnels hautement réactifs (carboxyliques, phénoliques, hydroxyles, et aminés). En contact avec l'eau, ces groupements ioniques à la surface des particules se trouvent principalement sous la forme dissociée. La sciure de bois acquiert ainsi une charge globale négative qui attire le colorant cationique. L’augmentation du pH du milieu augmente efficacement le nombre de sites négatifs de la surface de l'adsorbant, cet effet favorise l'adsorption du VBB chargé positivement en raison de l'attraction électrostatique, et conduit à une augmentation de la quantité du colorant extraite. Ainsi la faible adsorption du VBB à pH acide par la sciure de bois peut être attribuée à la présence d’un excès d'ions H⁺ qui rentrent en compétition avec les molécules de colorant sur les sites d'adsorption. La chute de la quantité de colorant extraite enregistrée à pH > 6 est peut être due à l’effet de pH sur l’intensité de coloration (Figure. III.2).

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III.2.2.2. Influence de la masse d'adsorbant sur l'adsorption du VBB par la sciure de bois

L'un des paramètres qui affectent fortement la capacité de sorption est la quantité d’adsorbant présente dans la phase liquide, car elle détermine la capacité d'adsorbant pour une concentration initiale donnée de solution de colorant (ALJEBOREE et al., 2014).

L’effet de la masse d'adsorbant sur la quantité de colorant adsorbée et sur le taux d’élimination a été étudié à 25 °C en mettant en contact 100 mL d’une solution de colorant de 20 mg∙L^-1 avec

différentes doses de sciure de bois (de 0,02 à 0,4 g). Après traitement, le liquide surnageant a été séparé de l'adsorbant par centrifugation à 3000 rpm pendant 20 min et son absorbance a été mesurée pour déterminer la concentration résiduelle du VBB. Les résultats obtenus nous

ont permis de tracer la courbe représentée sur la Figure III.10 donnant la variation de la quantité de VBB adsorbée et du pourcentage de décoloration de la solution à l’équilibre, en fonction de la masse de la sciure de bois ajoutée.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 40 50 60 70 80 90 100 Masse (g) Elimin ation (%) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Quan tit é e xtraite (mg∙g -1 )

Fig. III.10 : Influence de la masse d'adsorbant sur la quantité de VBB adsorbée et sur le

pourcentage de décoloration par la sciure de bois.

[C=20 mg∙L-1, V=100mL, t=1 heure, v=600 rpm, Φ1, pH=6, T=25°C]

L'augmentation du pourcentage d'élimination du colorant avec la dose d'adsorbant pourrait être attribuée à une augmentation de la surface exposée de l'adsorbant, augmentant ainsi le nombre

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l'augmentation de la dose d'adsorbant à concentration et volume de colorant constants. De nombreux facteurs peuvent contribuer à cet effet de dose d'adsorbant. Lorsque la dose

d'adsorbant est augmentée, les sites d'adsorption restent non saturés pendant la réaction d'adsorption, ce qui entraîne une diminution de la capacité d'adsorption ; l'agrégation ou bien l’agglomération de particules de sorbant à des doses plus élevées, qui conduirait à une diminution de la surface totale de l'adsorbant et une augmentation de la longueur du trajet de diffusion (ADEYEMO et al., 2015 ; NAGESWARA RAO et al., 2011).

III.2.2.3. Détermination du temps de contact d'adsorption du VBB sur la sciure de bois

Cette étape a pour but de déterminer le temps de contact nécessaire à l’établissement de l’équilibre c'est-à-dire la saturation du support solide par l’adsorbat. Sous des conditions opératoires bien déterminées de température (25°C), d’agitation (600 rpm), de concentration en VBB (20 mg∙L-1), et de masse d’adsorbant (0,07 g), nous avons suivi l’adsorption du Victoria

bleu basique sur la sciure de bois en fonction du temps. La courbe de la Figure III.11 montre

l’évolution de la quantité de VBB adsorbée et du pourcentage de décoloration de la solution par la sciure de bois au cours du temps de contact.

F. Mekhalef Benhafsa, thèse de doctorat UDL-SBA 2019 75 0 50 100 150 200 250 80 85 90 95 100 Elimin ation (%) Temps (min) 23 24 25 26 27 28 29 Quan tit é e xtraite (mg∙g -1 ) Fig. III.11 : Influence du temps de contact sur la quantité de VBB adsorbée et sur

le pourcentage de décoloration par la sciure de bois.

[C=20 mg∙L^-1, m=0.07g, V=100mL, v=600 rpm, Φ1, pH=6, T=25°C]

Les résultats obtenus à l’issue de ces expériences ont montré que, le temps de contact de 10 minutes est suffisant pour éliminer plus de 80% de ce colorant, et qu’il faut seulement 40 minutes d’agitation pour arriver à une élimination quasi totale de la couleur. Ce qui montre

que la cinétique d’adsorption du VBB sur la sciure de bois est très rapide, donc, une forte affinité

de cet adsorbat pour ce colorant. Les courbes expérimentales relatives aux variations de Qt et de pourcentage d’élimination en fonction du temps de contact sont d’une évolution analogue.

D’ailleurs ce fait est très bien perçu sur la Figure III.11 où le taux d’adsorption maximum est rapidement atteint pour devenir ensuite constant par la formation d’un palier. L’adsorption rapide des molécules du colorant est attribuée à l’existence de sites libres pendant les premières

minutes, mais au fur et à mesure les sites se saturent et le nombre de sites libres est réduit.

La quantité extraite de colorant à 40 minutes est environ 28 mg∙g^-1.

III.2.2.4. Isotherme d'adsorption du Victoria bleu basique sur la sciure de bois

L’isotherme d’adsorption a été réalisée dans des conditions de pH = 6, de température (25°C), et d’agitation (600 rpm). Un temps de contact de 40 minutes, correspondant à l’équilibre

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𝑸

=

𝐦 ^(III.2)

Où : Qe (mg∙g-1) est la quantité de colorant extraite à l’équilibre ; C0 (mg∙L-1) est la concentration initiale en VBB ;

Ce (mg∙L-1) est la concentration du VBB à l’équilibre ; V (L) est le volume de la solution ;

m (g) est la masse de l’adsorbant.

Après traitement, les résultats obtenus permettent de tracer la courbe présentée dans la Figure III.12. 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 Quantité extr aite ( mg∙ g -1 ) Concentration restante (mg∙L^-1)

Fig. III.12 : Isotherme d’adsorption du VBB par la sciure de bois.

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L’isotherme d’adsorption a été tracée afin de déterminer la capacité maximale de la sciure de bois à adsorber le colorant (VBB), selon la courbe de la Figure III.12, elle est de l’ordre de

40,45 mg∙g^-1. L’allure du graphe obtenu est simple, et possède la forme classique d’une isotherme de type H (cas particulier de l’isotherme de Langmuir). La pente initiale de la courbe ne peut pas être distinguée de l’infini, et montre une très forte affinité des molécules de Victoria

bleu basique vis-à-vis la sciure de bois.

III.2.2.5. Modélisation des résultats expérimentaux

L'analyse des données isothermes d'adsorption est très cruciale car elle indique la manière dont les molécules d'adsorbat sont réparties entre la phase liquide et la phase solide, d’une part et d’autre part le ou les mécanismes de fixation de celles-ci sur le solide. Les résultats expérimentaux obtenus de l'adsorption des ions VBB sur la sciure de bois ont été ajustés aux modèles des isothermes d'adsorption bien connus décrits dans la littérature. Nous avons utilisé pour ce but les modèles : de Langmuir, de Freundlich, d’Elovich et de Redlich-Peterson. Les

critères statistiques de choix du modèle adéquat pour décrire les caractéristiques d'équilibre sont le coefficient de régression R2 et la comparaison des quantités trouvés par la modélisation avec

celles déterminées expérimentalement.