Isothermes d’adsorption simplifiées de la MOD sur la goethite

L’adsorption du COD dans les matrices acides fulviques et Seine-Aval par la goethite est présentée en Figure 33.

L’adsorption du COD sur la goethite dans la matrice acides fulviques a varié fortement (5 à 79%) en fonction du pH, de la matrice d’interaction et de la quantité de particules. Aux deux pH testés et dans les deux matrices étudiées la fraction de COD adsorbée augmente d’un facteur 2 à 4 avec la concentration en particules.

En comparant l’adsorption du COD en matrice acides fulviques préparée dans l’eau ultra-pure et dans l’eau synthétique, il apparaît que l’adsorption du COD augmente avec la force ionique surtout pour les interactions réalisées à pH 8. Il y a par exemple environ 59% d’adsorption de plus à une dose élevée en goethite en présence de sels à pH 8. À pH 4, à un niveau élevé en goethite, l’influence de sels est moins importante, la différence est de moins de 4%.

Concernant l’adsorption du COD en matrice Seine-Aval, nous observons qu’à un niveau faible de goethite, l’adsorption est inférieure à 10% à pH 8 et nulle à pH 4. À un niveau de concentration plus élevée en goethite, l’adsorption augmente pour les deux pH étudiés, elle atteint 38% à pH 4 et 15% à pH 8.

Afin de comparer l’adsorption du COD en matrices acides fulviques et Seine-Aval, nous prenons en compte les acides fulviques préparés dans la matrice eau synthétique dans la mesure où cette matrice se rapproche, en termes de force ionique, de la matrice Seine-Aval. Au niveau élevé de goethite et à pH4, l’adsorption du COD en matrice acides fulviques est supérieure de 111% comparée à l’adsorption du COD en matrice Seine-Aval. À pH 8 et à un niveau élevé de goethite, l’adsorption du COD en matrice acides fulviques en présence de sels est supérieure d’environ 258% à celle observée en matrice Seine Aval.

Les résultats obtenus concernant l’adsorption des acides fulviques sont en accord avec la littérature. Selon les données de la littérature, l’adsorption de la MOD en général, et des acides fulviques en particulier, est fortement dépendante du pH. En effet la protonation des groupements acides de la MOD en solution et la protonation des groupements de surface de la goethite dépendent directement du pH.Les charges des groupements fonctionnels acides de la MOD et de la goethite en solution et donc les processus d’adsorption dépendent étroitement du pH (Weng et al., 2006).

À pH 4, qui est largement inférieur au PCN de la goethite, les charges de surface de la goethite sont positives. À ce pH, les acides fulviques présentent une charge négative se rapprochant de la neutralité étant donné que les groupements phénoliques sont protonés mais qu’une partie des groupements carboxyliques peut encore être déprotonée. Cela favorise une

adsorption importante des acides fulviques par la goethite presque sans influence de la force ionique. En effet, l’adsorption des acides fulviques par la goethite à pH 4 présente un écart de moins de 10% entre les interactions avec et sans sel, que ce soit à faible ou forte concentration en particules. Ces résultats sont en accord avec la littérature. Par exemple Filius et al. (2000) ont montré, à pH acide, une adsorption très importante des acides fulviques sans influence notable de la présence de sels.

Par contre, à pH 8, une influence de la présence de sels sur l’adsorption des acides fulviques par la goethite a été observée. La présence de sels augmente l’adsorption d’environ 340% à faible concentration en particules et de 155% à concentration élevée. À ce pH, les acides fulviques sont négativement chargés. Dans le cas de la goethite, il est délicat de s’avancer sur la charge de surface mais quoi qu’il en soit, la charge de surface se rapproche de la neutralité et peut être même légèrement négative. L’adsorption des acides fulviques par la goethite est donc nettement mois favorisée qu’à pH4 et dans ce cas la force ionique va jouer un rôle plus important. La présence de sels va permettre de diminuer la répulsion électrostatique entre les acides fulviques et la goethite et donc favoriser l’adsorption (Filius et al., 2000; Weng et al., 2007, 2006).

En outre, la conformation de la MOD est influencée par le pH et la force ionique (Murphy et al., 1994). La protonation des groupement carboxyliques de la MOD à pH acide va diminuer sa solubilité (Newcombe and Drikas, 1997a) et peut par conséquent favoriser l’adsorption de la MOD sur les particules. D’après Baalousha et al (2006) l’augmentation de la force ionique, notamment en pH basique, provoque une neutralisation des charges de la MOD ce qui va modifier la conformation de la MOD. La diminution des répulsions électrostatiques entre les différents groupements fonctionnels de la MOD pourra faciliter la compaction des molécules organiques et donc favoriser son adsorption.

Figure 33 : Pourcentages d’adsorption du COD en matrices acides fulviques (AF) et Seine Aval (SA) par la goethite 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

Les mécanismes d’adsorption de la MOD par la goethite évoqués ci-dessus aux différentes conditions de pH et de force ionique sont résumés sur le schéma de la Figure 34.

Figure 34 : Mécanismes d’adsorption des acides fulviques par la goethite à différents pH (4 et 8) à une force ionique (I) faible ou élevée.

La goethite a présenté un maximum de 80% d’adsorption des acides fulviques à la concentration élevée en particules et un maximum de 40% d’adsorption de la MOD Seine-Aval. Cette affinité plus forte de la goethite pour la MOD naturelle peut être due à sa plus grande hydrophobicité et également à sa taille moléculaire plus importante. En effet, selon Gu et al. (1995), les molécules de taille plus importante à caractère hydrophobe ont été préférentiellement adsorbées par rapport aux molécules plus petites et hydrophiles.

4.3.2Isothermes d’adsorption simplifiées de la MOD sur la