CONCLUSION GÉNÉRALE
L’objectif de ce doctorat était de réaliser une étude détaillée des phénomènes d’adsorption du nickel, manganèse et plomb seul et en mélange binaire sur le kaolin de Guelma. À cet effet deux grands axes ont été réalisés, la caractérisation du kaolin et l’étude complète de l’adsorption en mode statique.
Le passage à ces deux étapes est réalisé après une étude bibliographique approfondie des éléments à dépolluer, sur le procédé d’adsorption en mono et en mélange binaire, ainsi que du kaolin.
Les différentes moyens d’investigations employées dans ce travails sont la fluorescence x, la spectroscopie d’infrarouge, le microscope électronique à balayage, la diffraction x et analyse thermique différentielle.
La préparation du kaolin a été réalisée en plusieures parties : la préparation préliminaire, la purification et la préparation de l’échantillon à traiter. Il est important à citer que le lavage du kaolin a été réalisée par une solution sodique. Bien évident que ce lavage a été suivi par un deux lavages à l’eau bidistillé (lavage en mode statique et un lavage par centrifugation).
L’étude de la caractérisation du kaolin par la fluorescence X a montré qu’il est constitué en majorité d’alumine, de silice et une petite quantité de quartz. Ce constat est aussi justifié par la spectroscopie d’infrarouge et de la diffraction X. La spectroscopie d’infrarouge et le microscope électronique à balayage ont montré aussi que sa structure est désordonnée et n’est pas cristallisée.
Ce résultat a été aussi conclu lors des investigations pas les analyses thermiques différentielles. La mesure du point charge zéro (pHpzc) du kaolin a été donné dans les alentours d’un pH de 6,8.
Une partie importante du travail, a consistait à caractériser les capacités d’adsorption du kaolin dans les expériences batch destinées à l’étude cinétique de l’adsorption des cations considérés. Dans cette dernière, une étude complète des paramètres influençant a été réalisée. Les résultats obtenus ont montré que le kaolin traité a une capacité d’adsorption expérimentale de l’ordre de 43,2 mg/g du nickel, 38,3 mg/g du manganèse et 35,69 mg/g du plomb.
Nous avons montré aussi que le kaolin est plus sensible aux solutions initiales à faible concentration, où le rendement est égal à 96,2 % pour le nickel, 94,2% pour le manganèse et 96,3% pour le plomb. Ce résultat a été de même démontré lors du calcul des paramètres de Langmuir pour la valeur de 1/n ( 1/n < 1).
Les différents paramètres utilisés dans ce procédé en mode statique sont la vitesse d’agitation, le pH du milieu, la granulométrie du kaolin, la température du milieu et la concentration initiale. La représentation des isothermes par les modèles les plus employés, Langmuir et Freundlich, a montré une meilleure précision de Langmuir, mais surtout vers le plateau final. L’accord expérience - modèle dans la partie initiale des courbes est moins bon. Nous pouvons penser à apporter quelques améliorations qui inévitablement augmenteront le nombre de paramètres à ajuster.
Le calcul du rapport RL(l’affinité entre l’adsorbant et l’adsorbat) a montré que le kaolin possède
une bonne capacité d’adsorption, par le fait que la valeur du rapport RLcalculée pour chaque
cation métallique en mono adsorption à différentes concentrions initiale tend vers des valeurs minimes (en direction du zéro).
Le modèle de réaction de surface du pseudo premier ordre (modèle Lagergren) s’applique particulièrement mieux que celui du pseudo-seconde ordre (modèle de Blanchard), ce qui est logique puisque les valeurs des capacités maximales calculées sont presque identique aux quantités maximales mesurées pour les trois cations métalliques ( nickel, plomb, manganèse). L’étude réalisée sur la détermination des étapes limitantes a montré d’une part que le transport externe semble une étape contrôlant la vitesse du processus global de la sorption des ces trois cations en solution aqueuse par le kaolin. Le transport interne du nickel, du manganèse et plomb dans les pores n’est pas le seul mécanisme limitant de la cinétique de sorption.
Dans le même contexte une étude sur les domaines limités par la diffusion a été réalisée. Le cas qui a été traité est celui du procédé d’adsorption du nickel. Nous avons constaté dans la diffusion externe deux domaines: domaine du régime cinétique et domaine du régime diffusionnel avec une vitesse apparente Kapp de l’ordre de 0,0419 s-1. Par contre pour dans la
diffussion interne, les résultats expérimentaux ont montré que cette dernière est limitée uniquement par le régime diffusionnel (rapide et lent). La constante apparentes kapp diminue avec
la température ce qui prédit que le processus d’élimination du nickel est exothermique.
L’étude thermodynamique du procédé d’élimination du nickel, du manganèse et du plomb a révélé que l’adsorption est spontanée, exothermique et qu’aucun changement n’a été produit dans la structure du kaolin.
Les énergies d’activation Ea calculées dans ce procédé d’adsorption sont inferieures 40 kj/mol
pour les trois cations métalliques. Nous constatons des valeurs de 32,53 kj/mol pour le nickel, 27,79 kj/mol pour le manganèse et 34,11 kj/mol pour le plomb. Ces résultats nous laisse penser que cette adsorption est physique (voir chapitre I, paragraphe 1.4.1).
Le procédé d’élimination en mélange binaire a été aussi abordé dans cette thèse. Le mélange choisi est constitue du nickel et du plomb à des concentrations égales (30mg/l solution initiale du mélange). L’étude cinétique a révélé que l’adsorption du nickel est la plus importante et le pseudo équilibre est plus lent que celui de l’ion seul.
La représentation des isothermes en mélange a confirmé la complexité du problème de compétition. D’après les résultats aucune des techniques simples n’a été capable de prédire le comportement du mélange en adsorption à partir de l’adsorption séparée de constituants.
Nous avons cependant montré comment nous pouvons représenter approximativement le mélange avec un modèle Langmuir généralisé, en utilisant à la fois des données en mono constituant et en mélange. Cette technique ne semble toutefois pas capable de restituer l’aspect fortement préférentiel de l’adsorption de nickel par rapport au plomb.
Il y a donc là un travail de fond à mener à partir d’hypothèses moins simplificatrices que celles de Langmuir généralisé et modifié de la solution idéale, où ces deux derniers ont donné un isotherme plus au moins proche de l’expérimentale.