Isotherme d'adsorption du VBB sur le CAP

Cette étape a pour but de déterminer la capacité maximale d’adsorption de 1g de solide et d’identifier par la suite le type d’adsorption. Elle a été réalisée avec l’agitation du mélange réactionnel pendant le temps d'équilibre à 25 ° C, en utilisant des solutions de concentration initiale en VBB allant de 10 à 80 mg∙L-1 et une masse de CAP de 0,04 g.

Les résultats obtenus nous ont permis d’obtenir l’isotherme d’adsorption du VBB sur le CAP en traçant la courbe donnant la variation de la quantité de colorant retenue par gramme d’adsorbant en fonction de la concentration du VBB en solution à l’équilibre.

F. Mekhalef Benhafsa, thèse de doctorat UDL-SBA 2019 130 0 5 10 15 20 25 30 35 40 20 40 60 Quantité extr aite ( mg∙ Concentration résiduelle (mg∙L^-1)

Fig. III.52 : Isotherme d’adsorption du VBB sur le CAP.

[m=0.04g, V=100mL, v=600rpm, t=60min, pH=6, T milieu=25°C]

L’allure obtenue est simple, et continue, elle indique une croissance de l’adsorption lorsque la concentration du VBB augmente jusqu’à atteindre l’équilibre vers des concentrations supérieures à 60 mg∙L^-1, correspondant à la saturation des sites d’adsorption, ce qui suggère la couverture possible de la surface de l'adsorbant par une monocouche de colorant. Selon la courbe, la capacité maximale de CAP à adsorber le VBB est de l’ordre de 102 mg∙g-1.

III.4.2.5. La modélisation des résultats expérimentaux

Il existe différents types d’isothermes d’adsorption tels que : les isothermes de Freundlich, Langmuir, Elovich et Redlich-Peterson, parmi lesquelles les deux premières sont largement utilisées. Selon le type de données disponibles, chacune d’elles pourrait être utilisée pour un meilleur ajustement des résultats expérimentaux. L'isotherme d'adsorption désigne en général une représentation graphique établissant une relation entre la quantité d'adsorbat adsorbé à la surface d'un adsorbant et sa concentration restante en milieu aqueux à l’équilibre. Il existe

essentiellement deux types d'isothermes en fonction de nombre de paramètres utilisés. Dans cette étude quatre modèles d’isothermes, très connus, ont été utilisés pour décrire les

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caractéristiques d'équilibre d'adsorption du VBB sur le CAP. Trois modèles à deux paramètres à savoir le modèle de Freundlich, de Langmuir, et d’Elovich, et un modèle à trois paramètres (n, KL, Qm) proposé par Redlich-Peterson.

III.4.2.5.1. Le modèle de Freundlich

Cette isotherme suppose que l’adsorbant a une surface hétérogène avec une distribution non uniforme de la chaleur de sorption sur la surface (CORDA et KINI, 2018). La Figure III.53 représente l’ajustement des résultats expérimentaux au modèle de Freundlich.

-2 -1 0 1 2 3 4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 R² = 0,951970976 Y = 4,03757 + 0,19171 X Ln Q e Ln C_e

Fig. III.53 : Application du modèle de Freundlich à l’adsorption du VBB

par le CAP.

Le tracé de ln Qe en fonction de ln Ce donne une droite de pente 1/n et d'intersection à l’origine de ln kF. Les résultats obtenus sont donnés sur le Tableau III.13:

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0,951970976 5,2162 56,6884

La valeur n > 1 représente une condition favorable de l’adsorption. La valeur 1/n inférieure à 1 est une caractéristique d’une isotherme de type L, elle est alors modélisable par l’équation de Langmuir, plus que celle de Freundlich.

Par ailleurs, la constante de Freundlich kF traduit l’affinité du CAP vis-à-vis des molécules du colorant, sa valeur est directement proportionnelle à la quantité du VBB adsorbée. Autrement

dit, plus la valeur de kF est grande plus la quantité retenue est importante. Dans notre cas, La valeur de la constante de Freundlich KF calculée montre la grande capacité du charbon actif

en poudre à adsorber le VBB.

III.4.2.5.2. Le modèle de Langmuir

L’isotherme d'adsorption de Langmuir a été utilisée avec succès pour expliquer l'adsorption des colorants basiques en solution aqueuse : Bleu de méthylène et Vert de malachite (KURNIAWAN et al., 2012) ; Violet basique 10 (AROCKIARAJ et RENUGA, 2016) ; Violet de gentiane (El-SAYED et al., 2011). La Figure III.11 représente l’ajustement des résultats expérimentaux au modèle de Langmuir.

F. Mekhalef Benhafsa, thèse de doctorat UDL-SBA 2019 133 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 R² = 0,997921081 Y = 0,0075 + 0,00975 X C^e /Q e ( g·L -1 ) C_e (mg·L^-1)

Fig. III.54 : Application du modèle de Langmuir à l’adsorption du VBB par le CAP.

Les principaux paramètres caractérisant le modèle de Langmuir sont résumés dans le Tableau III.14.

Tableau III.14 : Paramètres de Langmuir pour l’adsorption du VBB par le CAP.

Modèle de Langmuir

Paramètres ^{R2 b q}m (mg∙g-1)

0,997921081 1,3000 102.5641

D’après les résultats obtenus, l’adsorption du VBB par le CAP est correctement décrite par le modèle de Langmuir, avec un très grand coefficient de régression (R² = 0,997). Ceci suggère

la couverture en monocouche de la surface du charbon actif en poudre par les molécules de VBB. L'adsorption en monocouche a également été rapportée pour l'adsorption du VBB sur les

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la concentration initiale en VBB. La Figure. III.55 représente la variation de RL en fonction de C0 mise en contact avec 0,04g de charbon actif en poudre.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 R ^L

C

(mg·L

)

Fig. III.55 : Variation de RL en fonction de C0 pour le CAP.

La valeur de RL nous indique si le type d’isotherme observé est favorable (RL <1), défavorable (RL> 1) ou linéaire (RL = 1). Pour toutes les concentrations initiales mises en jeux pour l’étude de l’isotherme d’adsorption du colorant sur le CAP, les valeurs de RL se situaient dans l’intervalle 0 < RL <1, ce qui correspond à un processus d’adsorption favorable.

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III.4.2.5.3. Le modèle d’Elovich

Plusieurs chercheurs ont essayé d’ajuster leurs résultats expérimentaux d’adsorption des colorants basiques au modèle d’Elovich. ALMUFARIJ (2013) a rapporté l'utilisation de ce

modèle pour d’adsorption du Violet de gentiane sur les feuilles de palmier dattier broyées. Son étude a montré que la valeur du coefficient de régression R² pour le modèle d'Elovich était

de 0.977, supérieure à celle de Langmuir. Par conséquent, il a constaté que l'isotherme Elovich décrit mieux l'adsorption du violet de gentiane sur les feuilles de palmier dattier.

La Figure III.56 illustre l’application du modèle d’Elovich à l’adsorption du VBB par le charbon actif en poudre. Les paramètres de ce modèle (capacité d'adsorption maximale Qm

et la constante d'Elovich KE) peuvent être calculés à partir de la pente et de l’ordonnée à l’origine de la courbe de ln (Qe /𝐶𝑒) en fonction de Qe.

40 50 60 70 80 90 100 110 1 2 3 4 5 R² = 0,93837969 Y = 7,2983 - 0,05685 X Ln (Q e /C e ) Q_e (mg·g^-1)

Fig. III.56 : Application du modèle d’Elovich à l’adsorption du VBB par le CAP.

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0,93837969 1,51423 17,590

La capacité d'adsorption déterminée à l'aide de la forme linéaire de l'équation d'Elovich (Qm = 17,590 mg∙g-1) est très loin des mesures expérimentales à l'équilibre, correspondant au

plateau d’isotherme d'adsorption (Qm = 102 mg∙g-1). Ainsi, l'hypothèse d'une couverture exponentielle des sites d'adsorption, qui implique une adsorption multicouche, est en désaccord avec les résultats expérimentaux surtout pour les fortes concentrations. En ce qui concerne l'applicabilité de l'équation de cette isotherme pour décrire le processus d'adsorption, ce modèle montre également une linéarité acceptable pour des concentrations initiales en VBB inférieures à 60 mg∙L^-1.