Isothermes d’adsorption simplifiées du charbon actif en poudre

matrice acides fulviques et en Figure 39 pour les matrices Seine-Centre et Seine-Aval.

L’adsorption du COD en matrice acides fulviques préparée dans l’eau ultra-pure à pH 4 est de 46% à une faible dose en CAP et de 79% à une dose élevée. À pH 8 l’adsorption est moins importante : 28% à une faible dose et de 49-56% à une dose élevée en CAP.

L’adsorption du COD à pH 4 en matrice acides fulviques préparée dans l’eau synthétique est plus élevée avec 60% d’adsorption à faible dose en CAP et 95% à un niveau élevé en CAP. À pH 8 il y a moins d’adsorption à faible dose en CAP avec 40-45% d’adsorption. Par contre à un niveau élevé en CAP, l’adsorption reste très forte (92%). Le pH a donc un effet important sur l’adsorption avec une adsorption nettement plus faible à pH 8 surtout à faible force ionique. L’écart d’adsorption selon le pH est plus faible à force ionique élevée surtout au niveau élevé en CAP, pour lequel l’adsorption du COD en matrice acides

fulviques est similaire aux deux pH.

L’adsorption du COD en matrice acides fulviques est plus importante à force ionique élevée quels que soient le pH et le niveau de concentration en CAP. Nous pouvons noter toutefois que l’influence de la force ionique semble plus importante à pH 8. Par exemple, au niveau élevé de CAP, à pH 4 il y a environ 21% d’adsorption de plus à force ionique élevée tandis qu’à pH 8, l’adsorption augmente de 83% en matrice acides fulviques préparée dans l’eau synthétique comparé au cas de la matrice acides fulviques préparée dans l’eau ultra-pure.

L’adsorption du COD en matrice acides fulviques par le CAP est donc fortement influencée par le pH, la force ionique et la dose de charbon actif. La présence de sels favorise

l’adsorption des acides fulviques sur le CAP. L’influence des sels est plus importante à pH 8. Ces résultats sont en accord avec le travail de (Newcombe et al., 1997).

Figure 38 : Pourcentages d’adsorption du COD en matrices acides fulviques (AF) par le charbon actif en poudre aux niveaux faible (100 mg.L-1_{) et élevé (500 mg.L}-1_{) à deux pH 4 et 8. Les deux valeurs de}

duplicata sont représentées sur les graphiques (A et B). La matrice acides fulviques préparée dans l’eau synthétique est notée AF (ES) tandis que la matrice acides fulviques préparée dans l’eau ultra-pure est

notée AF (EUP).

Les résultats d’adsorption du COD en matrice Seine-Aval et Seine-Centre par le CAP aux pH 4 et 8 sont présentés Figure 39. Notons qu’ici, que ce soit dans le cas de la matrice

Seine-Centre ou Seine-Aval, la force ionique est élevée. À pH 4, l’adsorption du COD en

matrice Seine-Centre à un niveau faible de CAP est de 75% et de 85% à un niveau élevé. À pH 8, l’adsorption est similaire pour le niveau élevé de CAP mais légèrement plus faible au niveau de concentration faible en CAP (55-67%). Dans le cas de la matrice Seine-Aval, les résultats obtenus sont tout à fait similaires mise à part une adsorption légèrement plus faible (-39%) observée à pH 8 au faible niveau de CAP.

Comme nous l’avons observé en matrice acides fulviques (préparée dans l’eau synthétique), l’effet du pH sur l’adsorption du COD n’est visible qu’au niveau faible de CAP. À une dose plus élevée, l’adsorption très importante n’est pas influencée de manière visible par le pH.

Figure 39 : Pourcentages d’adsorption du COD en matrices Seine-Aval (SA) et Seine-Centre (SC) par le charbon actif en poudre aux niveaux faible (100 mg.L-1_{) et élevé (500 mg.L}-1_{) à deux pH 4 et 8. Les deux}

valeurs de duplicata sont représentées sur les graphiques (A et B).

Figure 40 : Pourcentages d’adsorption du COD en matrices Seine-Aval (SA) et acides fulviques (AF) par le charbon actif en poudre aux niveaux faible (100 mg.L-1_{) et élevé (500 mg.L}-1_{) à deux pH 4 et 8. Les deux}

Les mécanismes d’adsorption de la MOD par le CAP sont multiples (Chapitre I :2.3.2). L’adsorption spécifique est très importante (Bjelopavlic et al., 1999). Le pH influence la conformation de la MOD mais également la protonation des groupements fonctionnels de la MOD ainsi que les groupements de surface du CAP et donc les attractions/répulsions entre la MOD-MOD et MOD-CAP. Avec une conformation plus compacte de la MOD à pH acide, l’adsorption est facilitée grâce à un accès facilité aux pores du CAP (Newcombe and Drikas, 1997b).

Les mécanismes d’adsorption de la MOD par le charbon actif ont été étudiés par (Newcombe, 1999; Newcombe et al., 2002a, 1997). L’adsorption peut être due à des interactions spécifiques ou électrostatiques. Ces mécanismes d’adsorption vont être influencés par la force ionique et le pH mais aussi par la porosité du charbon actif et la composition, conformation et solubilité de la MOD. Un schéma simplifié des processus qui peuvent influencer l’adsorption de la MOD par le charbon actif est présenté Figure 41.

À un pH acide, la MOD est moins soluble, la conformation de la MOD est plus compacte. Du fait de la charge de la MOD qui se rapproche de la neutralité même si des groupements carboxyliques restent déprotonés, il y a moins de répulsions électrostatiques entre la MOD adsorbée et la MOD en solution. Avec l’augmentation de la force ionique, la conformation de la MOD devient encore plus compacte.

À un pH plus basique, il y a plus de répulsion électrostatique entre les molécules de MOD et entre la MOD et le CAP (tous deux négativement chargés), cette répulsion diminuant à une force ionique plus importante. La MOD présente une conformation plus ouverte. Dans ces conditions les mécanismes mis en jeux ne sont pas les forces électrostatiques mais plutôt les interactions hydrophobes ou l’établissement de liaison covalente.

La porosité va également avoir une influence indirecte car avec la MOD de poids moléculaire plus important (ici les acides fulviques), il peut se produire plus de blocage de pores surtout avec un charbon actif à microporosité importante (Newcombe et al., 2002b). Lorsque la MOD devient plus compacte suite à une baisse du pH et/ou une augmentation de la force ionique, elle occupe moins de sites de surface et l’adsorption du COD peut ainsi être plus importante.

Figure 41 : Mécanismes d’adsorption de la MOD par le charbon actif à différents pH (4 et 8) à force ionique (I) faible et à force ionique élevée

À une faible concentration en CAP, nos résultats montrent une adsorption du COD supérieure d’environ 20% en matrice Seine-Aval et Seine-Centre comparée à l’adsorption observée en matrice acides fulviques (Figure 40 : Pourcentages d’adsorption du COD en matrices Seine-Aval (SA) et acides fulviques (AF) par le charbon actif en poudre aux niveaux faible (100 mg.L-1) et élevé (500 mg.L-1) à deux pH 4 et 8. Les deux valeurs de duplicata sont représentées sur les graphiques (A et B).Figure 40). À une dose plus importante en CAP, il y a peu de différence d’adsorption du COD selon l’origine de la MOD. Cette différence d’adsorption du COD observée pourrait être due au plus faible poids moléculaire de la MOD d’origine urbaine en accord avec la littérature (Li et al., 2005; Newcombe et al., 2002b).