Isothermes d’adsorption en systèmes trimétalliques

Comme l’indique la Figure 46, les isothermes d’adsorption du cadmium sur le sol en présence du  plomb et du cuivre ont indiqué que le modèle de JS entraine une surestimation systématique des  résultats expérimentaux. Ce phénomène est toutefois plus observé dans le cas du système Cd (+Cu)  où la présence des ions Cu²⁺ gênent un peu plus sa sorption en comparaison avec le système Cd  (+Pb). Sa capacité  d’adsorption  maximale (qmax) est  alors estimée  à 0,625 mg/g  en système  monométallique contre 0,460 mg/g dans le système Cd (+Pb) et 0,098 mg/g dans le système Cd  (+Cu). 

D.2.4.2.2.1   Conclusion sur la modélisation à l’aide du modèle Jain et Snoeyink 

Le modèle de JS a été utilisé dans ce travail pour la représentation des résultats expérimentaux  obtenus en système binaire au pH≈6. D’une manière particulière, ce modèle a sous‐estimé ou  surestimé certains des résultats expérimentaux. Cela indique que les phénomènes décrits par ce  modèle prouvent l’existence d’autres mécanismes contrôlant la disparition des ions métalliques en  solution. Toutefois, les résultats modélisés ont montré que le mélange de plomb et de cuivre en  solution, influence leur capacité d’adsorption mutuellement. En revanche, il n’a y pas trop d’effet  significatif de la compétition lorsqu’ils se trouvent en mélange binaire avec le cadmium. A l’inverse,  l’adsorption du cadmium dans le sol est gênée à la fois par la présence du plomb et du cuivre. 

D.2.4.2.3.   Isothermes d’adsorption en systèmes trimétalliques 

Les isothermes d’adsorption des ions Pb²⁺, Cu²⁺ et Cd²⁺ en systèmes trimétalliques sont également  représentés sur la même figure afin de faire ressortir l’adéquation des modèles utilisés dans ce  travail pour la description des résultats expérimentaux. Ainsi, les Figures 47, 48 et 49 comparent les  différentes isothermes d’adsorption obtenues pour le plomb, le cuivre et le cadmium respectivement  en mélanges monométallique, bimétallique et trimétallique au pH6. Rappelons que, les équilibres  d’adsorption de chacun des métaux en système ternaire ont été modélisés au moyen de l’équation  de Langmuir étendu (LE). 

0 5 10 15 20 25 30 0

0.5 1 1.5 2 2.5

Pb

Langmuir simple Pb (+Cu)

Modèle de JS (Pb+Cu) Pb (+Cd)

Modèle de JS (Pb+Cd) Pb (+Cu +Cd) Langmuir Etendu

Ce (mg/l)

qe (mg/g)

Figure 47 : Isothermes d’adsorption du plomb sur le sol en système trimétallique au pH ≈ 6. 

La reproductivité de la surestimation des résultats expérimentaux a été également observée par le  modèle de Langmuir Etendu en système trimétallique. Cette surestimation est très significative dans  le cas de la description des résultats expérimentaux obtenus à partir des équilibres du plomb avec la  matrice solide (Cf. Figure 47). Ce phénomène est plus ou moins négligeable avec le modèle de Jain et  Snoeyink qu’avec le modèle de Langmuir Etendu. Dans nos conditions expérimentales, on en déduit  que plus la quantité d’ions métalliques (M²⁺) en solution avec les ions Pb²⁺ est élevée, moins les  modèles d’adsorption compétitive décrivent les résultats expérimentaux. En outre, l’allure de la  courbe indique également que les phénomènes observés ne sont pas seulement de l’adsorption mais  d’autres mécanismes ont été participés aux réactions. 

0 5 10 15 20 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Cu

Langmuir simple Cu (+Pb)

Modèle de JS (Cu+Pb) Cu (+Cd)

Modèle de JS (Cu+Cd) Cu (+Pb+Cd) Langmuir Etendu

Ce (mg/L)

qe (mg/g)

Figure 48 : Isothermes d’adsorption du cuivre sur le sol en système trimétallique au pH ≈ 6. 

Par ailleurs, le modèle de Langmuir Etendu montre une meilleure représentation des résultats  expérimentaux du cuivre, bien qu’on ait observé une nette inhibition de la sorption des ions Cu²⁺ 

dans le sol en système binaire en comparaison avec les résultats obtenus en système ternaire (Cf. 

Figure 48). Quant au cadmium, les isothermes d’adsorption en système ternaire ont montré une  sous‐estimation systématique des résultats expérimentaux par le modèle de LE, confirmant ainsi que  le phénomène observé est plus important que le seul effet du mélange (Cf. Figure 49).  

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Cd

Langmuir simple Cd (+Pb)

Modèle de JS (Cd+Pb) Cd (+Cu)

Modèle de JS (Cd+Cu) Cd (+Pb+Cd) Langmuir Etendu

Ce (mg/L)

qe (mg/g)

  Figure 49 : Isothermes d’adsorption du cuivre sur le sol en système trimétallique au pH ≈ 6. 

Le Tableau 30 présente tous les paramètres obtenus des différents modèles utilisés dans cette étude  pour décrire l’adsorption des métaux sélectionnés dans le sol au pH≈6 en batch. En comparaison  avec le Tableau 29, les paramètres annexés au Tableau 30 proviennent des modèles de Langmuir  Étendu. Ces paramètres définissent la quantité maximale de métal retenue dans le sol en système  trimétallique (q_maxLE), la constante d’équilibre (b_LE) et le coefficient de corrélation (R_LE²) du modèle de  Langmuir Étendu. 

Tableau 30 : Paramètres des isothermes d’adsorption des ions Pb²⁺, Cu²⁺ et Cd²⁺ sur le sol en  systèmes monométalliques, bimétalliques et trimétalliques   (q_maxL; q_maxLE ; q_maxJS =  mg/g et b_L, b_LE, b_JS, K_F =  L/mg). 

Métaux  Systèmes   Langmuir simple  Freundlich simple    Monométalliques  qmaxL  bL  RL2  n  KF  RF2 

Les résultats comparatifs, résumés au Tableau 30, justifient l’effet du mélange sur la capacité de  d’adsorption maximale (q_max) des ions métalliques dans le sol. Toutefois, l’influence de la compétition  sur l’adsorption des métaux dans le sol est nettement observée en mélange trimétallique. On peut  donc déduire que l’inhibition de l’adsorption des métaux dans le sol augmente à mesure que le  nombre d’espèces métalliques en solution augmente. Des conclusions similaires ont été mises en  évidence dans certaines études d’adsorption compétitive en système trimétallique sur des matériaux  naturels, tels que la tourbe (Qin et al., 2006), des matériaux naturels carbonatés (HanzlIik et al.,  2004), la bagasse de canne‐à‐sucre (Joseph, 2009). La liste est loin d’être exhaustive. Par ailleurs, les  études adsorption dans le domaine des sols n’ont pas permis d’obtenir une conclusion comparative  du fait que la plupart d’entre elles ne se limitent qu’à des études en système binaire. On peut citer,  entre autres :  

 les études d’adsorption compétitive entre les ions Cu²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺et Mn²⁺ sur dix sols  calcaires mise en évidence par Jalali et Moharrami, (2007) ;  

 l’adsorption compétitive  d’ions Cu²⁺ et Zn²⁺ sur des sols acides effectuées par Arias et al  (2006); 

 celles réalisées par Usman (2008) sur des sols calcaires égyptiens ;  

 les études d’adsorption binaire d’Antoniadis et al., (2007) sur des sols amendés ; 

 les études de  Vidal et al (2009) sur un sol minéral ;  

 les études menées par Serrano et al (2005) sur des sols acides en Espagne. 

D.2.4.3.   Evaluation de la capacité d’adsorption maximale (q

) lors des interactions