Fabrication de charbons actifs à partir de précurseurs organiques

La modification des biosorbants par pyrolyse comporte les mêmes étapes que les méthodes de fabrication des charbons actifs commerciaux. Elle permet l‟obtention d‟un produit final de qualité égale ou supérieure à ces derniers, en termes de développement de la structure poreuse et de modification de la chimie de surface. A titre d‟exemple, Phan et al. (2006) ont mis en évidence les modifications intervenues au niveau de la structure poreuse et de la chimie de surface de la fibre de jute et de la fibre de noix de coco, suite à leur transformation en charbons actifs. En particulier, au terme de la carbonisation, la surface spécifique des matériaux bruts a connu un développement spectaculaire, comme l‟illustre le Tableau 12.

Tableau 12 : Modification des propriétés physiques de la Fibre de Jute et de la Fibre de noix de coco (Phan et al., 2006).

Echantillon SBET (m²g^-1) Vmésopore (cm³.g^-1) Vmicropore (cm³.g^-1) Vmésopore (cm³.g^-1) Dmicropore (Ǻ) FJ brute 1,73 0,00 0,00 0,00 - FNC brute 1,33 0,00 0,00 0,00 - FJ carbonisée 657 0,07 0,289 0,00 4,90 FNC carbonisée 534 0,013 0,238 0,00 5,58 FJ (activation physique.) 912 0,269 0,388 1,49 5,63 FNC (activation physique) 1088 0,132 0,473 1,69 5,89 FJ (activation chimique) 959 0,345 0,381 1,64 5,83 FNC (activation chimique) 1303 0,089 0,536 0,74 6,04

FJ : Fibre de jute ; FNC : Fibre de noix de coco

En effet, la surface spécifique est passée de 1,73 à 657 m².g^-1 et de 1,33 à 534 m².g^-1, soit une augmentation de 379% et de 400% pour la fibre de jute et la fibre de noix de coco,

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respectivement. La surface spécifique des matériaux a par ailleurs augmenté de façon considérable, suite à l‟activation. Ainsi, l‟accroissement de la surface spécifique obtenu pour les deux précurseurs est respectivement 527 et au moins 800 fois plus élevé que celui de la fibre de jute et de la fibre de noix de coco à l‟état brut.

En ce qui a trait à la chimie de surface des fibres brutes, elle a été modifiée de façon significative, particulièrement au terme de l‟activation chimique, puisque la concentration totale des groupements fonctionnels basiques est passée de 2,9 et de 3,2 méq.g^-1, pour la fibre de jute et la fibre de noix de coco brutes à 6,4 et 5,5 méq.g^-1 pour les matériaux issus de l‟activation chimique, respectivement, comme l‟indique le Tableau 13.

Tableau 13 : Modification de la chimie de surface de la Fibre de Jute et de la Fibre de noix de coco (Phan et al., 2006).

Fibre brute Fibre carbonisée Activation physique Activation chimique FJ FNC FJ FNC FJ FNC FJ FNC GI 0,25 0,20 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,40 GII 0,10 0,40 0,30 0,30 0,30 0,40 0,60 0,90 GIII 0,20 0,40 0,40 0,50 0,40 0,60 2,20 1,80 GIV 2,35 2,20 0,40 1,10 1,30 0,90 2,80 2,40 Total 2,90 3,20 1,10 1,90 2,00 1,90 6,40 5,50 pHpcz 6,80 7,60 9,60 8,20 9,60 8,80 4,60 4,90

FJ : Fibre de jute ; FNC : Fibre de noix de coco ; Groupements fonctionnels acides (méq.g^-1) : GI =

fonctions carboxyliques fortes ; GII = fonctions lactones et carboxyliques faibles ; GIII = fonctions phénoliques ; GIV = fonctions carbonyles.

Les capacités d‟adsorption des matériaux activés vis-à-vis du phénol et du cuivre sont au moins six fois meilleures que celles des matériaux bruts, et sont fortement liées à la création ou au renforcement des fonctions de surface, selon les chercheurs. Globalement, ces résultats confirment d‟une part, le meilleur rendement obtenu en utilisant la méthode d‟activation chimique et l‟obtention d‟autre part, d‟un produit final de qualité comparable à celle des charbons actifs commerciaux, en termes de capacité d‟adsorption.

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De nombreux autres travaux ont eu pour objectif d‟évaluer l‟aptitude d‟une grande variété de supports biologiques pour la production de charbon actif. Parmi les plus récents, on peut citer la fibre de noix de coco (Kavitha et Namasivayam, 2007) ; la bagasse de canne à sucre (Juang

et al., 2002 ; Mohan et Singh, 2002 ; Syna et Valix, 2003) ; la sciure de cocotier, la fibre de

banane et l‟épi de maïs (Kadirvelu et al., 2003) ; la coque d‟arachide (Malik et al., 2007) ; la coque de noix de pécan (Bansode et al., 2003). Dans de nombreux cas, les charbons actifs issus de l‟activation des déchets agroindustriels présentent des capacités d‟adsorption supérieures à celles des charbons actifs commerciaux. A titre d‟exemple, lors de l‟adsorption d‟un composé cyanuré (Au(CN)2^-) sur un charbon actif préparé à partir de la bagasse de canne à sucre, Syna et Valix (2003) ont obtenu une capacité d‟adsorption 227% supérieure à celle du charbon actif commercial PICA G 210 AS, qui est de 101 mg Au/g de charbon ; Bansode et

al. (2003) sont également parvenus à la conclusion que le charbon actif préparé à partir de la

coque de noix a une performance supérieure à celle du charbon actif en grains Filtrasorb 200. En effet, au terme de la comparaison des capacités d‟adsorption des deux matériaux vis-à-vis du cuivre, du plomb et du zinc, il est apparu que le charbon actif à base de coque de noix adsorbe au moins deux fois plus de cuivre et de plomb, et environ 25 fois plus de zinc que le Filtrasorb 200, dont les capacités de fixation vis-à-vis du cuivre, du plomb et du zinc sont de 6,1, 14,6 et 0,29 mg.g^-1. Par conséquent, la transformation de supports biologiques en charbons actifs constitue une opportunité pour produire des matériaux à moindre coût au moyen de ressources locales renouvelables, particulièrement dans les pays en développement. Cependant, quoique le coût de production des charbons actifs à partir de supports biologiques constitue un paramètre important, ces données sont pourtant rarement disponibles dans la littérature. Ainsi, Alténor (2008) est l‟un des rares chercheurs à avoir proposé un coût moyen de production de charbons actifs à partir de supports biologiques. En effet, ayant fabriqué des charbons actifs à partir de la bagasse de canne à sucre, de la racine de vétiver et de l‟algue marine Turbinaria turbinata, il a pu estimer un montant moyen de 0,74 €/kg de charbon (environ un dollar américain), soit un coût environ huit fois moins élevé que celui de certains charbons actifs commerciaux. La plupart des résultats répertoriés montrent que ces nouveaux adsorbants constituent une option économique attractive, puisqu‟ils résultent de la valorisation de déchets agricoles et de sous-produits industriels locaux, largement disponibles, et de valeur marchande très faible, voire nulle. Toutefois, Fiol et al. (2006), en considérant les différentes filières de valorisation des noyaux d‟olive en rapport avec le traitement des eaux, ont argumenté contre le coût de transformation de ce biosorbant en charbon actif, qu‟ils estiment être non compétitif. Tout en reconnaissant la bonne qualité des charbons produits, ils

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préconisent la valorisation du matériau à l‟état natif. Cependant, pour de nombreux autres biosorbants natifs, en raison de la libération de composés organiques lors du contact avec les effluents, beaucoup de chercheurs estiment nécessaire de les stabiliser par le biais de divers traitements chimiques.