colorant u bleu de Mé
V- 4 Influence des paramètres opératoires sur la capacité d’adsorption du BM
V.4.1. Effet de la concentration initiale du BM et du temps de contact
Pour étudier l’effet de la concentration initiale du BM sur la capacité d'adsorption, les essais ont été réalisés pour différentes concentrations initiales en colorant (100,300 et 500 mg/l). Des volumes de 100ml de chaque solution ont été mélangés avec 0,08g/l de charbon actif JB85/4 et afin de déterminer le temps de saturation, des prélèvements ont été effectués chaque 10min pour la première heure, suivis par des prélèvements espacé dans le temps de 30minutes.
L’agitation est assurée au moyen d’un agitateur magnétique à une vitesse de 200tr/min, la température est de 25±5°C. le pH de solution est fixé à 7±0,1. Les résultats obtenus sont représentés sur la figure V.3. y = 0,189x R² = 0,999 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 2 4 6 8 10 12 A C(mg/l)
Courbe d'étalonnage
Partie expérimentale
Adsorption du bleu méthylène sur le charbon actif
42
Figure V.3 : Effet du temps de contact et de la concentration sur l’adsorption
[pH=7±0,1. T=25±5°C. CCA=0,8g/l].
La figure V.3 montre que la quantité du BM adsorbée par unité de masse de charbon augmente avec
l’augmentation de sa concentration initiale. La concentration initiale du BM fournit une force motrice importante pour vaincre la résistance de transfert d'ions entre les deux phases, aqueuse et solide, et par conséquent, une concentration initiale plus élevée du colorant permettra d'améliorer la capacité d'adsorption [115].
L’adsorption est rapide au cours des premières minutes de contact suite l’existence d’un nombre important de sites libres [116], elle devient de plus en plus lente avec l’avancement de temps jusqu’à atteindre l’équilibre. L’équilibre est atteint au bout des premières 60minutes pour la concentration initiale de 100mg/l qui a été éliminée entièrement. Il devient de plus en plus lent avec l’augmentation de la concentration initiale de BM, il est 480minutes pour la concentration initiale de 300mg/l et de 700minutes pour la concentration initiale de 500mg/l. Ceci peut être expliqué par
l’augmentation du gradient de concentration en soluté entre la solution et la surface de l’adsorbant
[117]. 0,000 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 La quantité adsorbée (mg/g)
Temps de contact (min)
100 300 500
Partie expérimentale
Adsorption du bleu méthylène sur le charbon actif
V.4.2. Effet de la masse du charbon actif
Nous avons suivi l’évolution du taux d’élimination de BM pour des concentrations variables d’adsorbant (0.2, 0.4 ,0.8, 1.2, 2, 4, 6 g/l). avec 25ml de solution de BM de la concentration initiale de BM à 500mg/l. Après agitation pendant 24h (pour s’assurer de l’équilibre), les concentrations résiduelles ont été déterminées par spectrophotométrie UV-Visible à 665 nm.
Les résultats obtenus sont présentés sur la figure (V.4)
Figure V.4 : Effet de la masse de charbon actif sur l’adsorption du BM.
[pH=7±0,1. T=25±5°C. CBM=500mg/l. t=24h].
La Figure V.4 illustre le rendement d’élimination à l’équilibre en fonction de la masse d’adsorbant.
Pour une concentration de 0,8g/l du charbon actif, le rendement maximal atteint 75,24%. Il est de 95,84% pour une masse de CA de 1,2g/l et de 99,95% pour une concentration de 2g/l du CA. Au delà de cette concentration, le taux d'adsorption est devenu stable (élimination totale du BM), le pourcentage d’élimination de colorants augmente lorsque la masse d’adsorbant augmente. Ceci est facilement compréhensible, car l’augmentation de la masse de l’adsorbant augmente la surface spécifique et donc le nombre de sites disponibles d’adsorption [118]. Pour conséquence l'augmentation de la quantité de colorant adsorbé jusqu’à élimination totale du colorant présent en solution [119]. 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 % d'élimination masse CA (g/l)
Effet de la concentration du CA
Partie expérimentale
Adsorption du bleu méthylène sur le charbon actif
44
V.4.3. Effet du pH de la solution sur adsorption
Pour mieux comprendre les études d’adsorption sur le charbon actif, il est nécessaire de déterminer le meilleur pH qui favorise l’adsorption du bleu de méthylène. Les pH acides et basiques obtenus ont été ajustés par l’addition d’HCl (0,1N) ou de NaOH (0,1N). Dans une série de flacons ambrés, une masse constante du charbon actif (0,8g/l) a été introduite, des volumes fixe de solution de colorant BM de concentration de 500mg/l et de pH variant de 2 à 10 (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10). Ont été rajoutés. Ces flacons ont été placés sur un agitateur magnétique pendant 24 h pour s’assurer de l’équilibre. Les concentrations résiduelles du BM à différents pH ont été déterminées par l’analyse UV- visible. La figure V.5 suivante représente les résultats trouvés:
Figure V.5: Effet de pH de la solution sur l’adsorption.
[CCA=0,8g/l. T=25±5°C. CBM=500mg/l].
Pour pH=2, nous remarquons un faible rendement d’élimination du BM, 65,95%. Cela peut être expliqué par le fait qu’à des faibles valeurs du pH, la surface de l’adsorbant serait entourée par les ions H+ ce qui diminue l’interaction des ions du bleu de méthylène (polluant cationique) avec les sites de l’adsorbant, par contre, aux pH élevés, la concentration en H+ diminue ce qui engendre une bonne interaction entre les ions du colorant et les sites de la surface et le rendement d'élimination du BM augmente[120]. Une forte élimination du BM a été observée dans l’intervalle du pH 7-9. La réduction de l'élimination de BM à des valeurs de pH supérieures à 9 peut être attribuée aux forces de répulsion croissantes entre les groupes fonctionnels de surface de CA et le BM, qui existe principalement sous forme d’ions [121].
64 66 68 70 72 74 76 78 0 2 4 6 8 10 12 % d'élimination du BM pH
Effet du pH
Partie expérimentale
Adsorption du bleu méthylène sur le charbon actif
V.4.4. Effet de la taille des particules (la granulométrie)
La taille de la particule est un facteur important, qui affecte la capacité d’adsorption. L’adsorption du BM a été étudiée pour les différentes granulométries du charbon actif (<100, 100- 200, 200-500, >500 μm). La figure V.4 montre une diminution du taux d’élimination du colorant avec l’augmentation de la taille particule pour le charbon préparé, ceci peut être interprété par la diminution de la surface spécifique entraînant ainsi un déficit de sites actifs d’adsorption nécessaires à la fixation des molécules de bleu de méthylène [122]. L’adsorption est un phénomène de surface, une taille plus petite de particules d’adsorbant offre une surface relativement plus grande et plus accessible et donc une adsorption plus importante à l’équilibre [123].
Figure V.6: Effet de la taille des particules sur l’adsorption.
[CCA=0,8g/l. T=25±5°C. CBM=500mg/l. pH=7±0,1. t=24 h].
V.4.5. Effet de la température
L’effet de la température sur la fixation du colorant (bleu de méthylène) sur le charbon actif JB85/4 a été étudié en mélangeant 0,02g de charbon actif avec 25ml de solution de BM de concentration initiale 500 mg/l et de pH neutre en mode batch dans un bain marie thermostaté pour garder la température désirée constante (25, 35 et 45°C). Les résultats obtenus sont représentés graphiquement sur la figure V.5 suivante:
40 45 50 55 60 65 70 75 80 T aux d'élimination % la taille de l'adsorbant (μm)