Matériaux et méthodes

Le premier colorant étudié est le carmin indigo (CI) qui est un composé organique synthétique soluble dans l‘eau. Le CI est utilisé dans l'industrie textile, dans les industries cosmétiques, en médecine comme une aide au diagnostic (dans la détection des néoplasies qui sont des cellules cancéreuses)…etc [1]. Toutefois, le carmin indigo est considéré parmi les colorants indigoïdes hautement toxique [2]. Il provoque une irritation du tube digestif conduisant à des nausées, des vomissements et la diarrhée [3-5]. Il peut causer une irritation des voies respiratoires dont les symptômes sont la toux et l'essoufflement [6]. Il a été rapporté également que ce colorant provoque une hypertension artérielle sévère et peut causer le cancer [7].

Propriétés physiques et chimique du carmin indigo :

Chapitre V: Application des matériaux préparés à l’élimination des colorants anioniques

Page 124 Nom chimique: 3,3'-dioxo-1,3,1',3'-tetrahydro-[2,2']-bi-indolylidene-5,5'-disulfonic acid disodium.

Masse molaire : 466,35 g / mol Odeur : inodore

Solubilité dans l‘eau : 10 g/l

N O H N O H SO3Na NaO3S

Figure V.1 Structure développée du carmin indigo.

Le deuxième colorant anionique est fourni par l‘entreprise SOITEX de Tlemcen – Algerie. Ce colorant est commercialisé par l‘entreprise CIBA (Zurich Switzerland) sous une appellation codé: vert Bezanyl-F2B (F2B).Il est soluble dans l‘eau, de structure inconnue et utilisé dans l‘industrie textile.

V.2.1 Détermination de la longueur d’onde maximale et la courbe d’étalonnage

Nous avons effectué un balayage de longueurs d‘ondes (400 – 800 nm) de solutions de colorants à 20 mg/l. Les spectres ont été obtenus à l‘aide d‘un spectrophotomètre UV visible de type HACH DR4000 U et muni d‘une cuve de 1 cm de trajectoire optique. Les valeurs λmax

trouvées sont : 610 nm pour le CI et 646 nm pour le F2B. A ces valeurs, nous avons établi les courbes d‘étalonnage des deux colorants. Les droites d‘étalonnages obtenues obéissent à la loi de Beer Lambert dont les coefficients de détermination R2 sont proches de l‘unité (tableau V.1).

Tableau V.1 Les équations des droites d‘étalonnage pour le CI et le F2B.

Colorants λmax (nm) Cfille (mg/l) Equation R2

Carmin indigo Vert Bezanyl-F2B 610 646 0-10 0-70 C = 33,511 Abs C= 100,79 Abs 0,999 0,999

Chapitre V: Application des matériaux préparés à l’élimination des colorants anioniques

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V.2.2 Effet du pH sur la sorption des colorants

L‘influence du pH sur la sorption de CI et F2B par CZAF3, CZA3 et CZA4 a été étudiée dans la gamme de 5 à 10. Une masse « m » désirée du matériau est mis en suspension dans un volume de 50 ml de chaque solution de colorant à des concentrations initiales connues (tableau V.2). Après 24h de contact, les suspensions ont été centrifugées (4000 tr/min durant 15 min) et la concentration résiduelle dans le surnageant est déterminée à l‘aide d‘un spectrophotomètre UV visible.

Tableau V.2 Les masses des matériaux et les concentrations initiales des colorants

utilisés dans l‘étude de l‘effet du pH. Carmin indigo Vert Bezanyl-F2B m (mg) Ci (mg/l) m (mg) Ci (mg/l)

CZAF3 25 250 25 750

CZA3 35 200 10 150

CZA4 10 100 10 200

La quantité du colorant fixée a été exprimée en milligramme de CI ou F2B par gramme de solide et notée Qe. Elle s‘obtient à partir de la différence entre la concentration

initiale (Ci) et la concentration résiduelle (Ce).

( )

(Voir chapitre IV)

V.2.3 L’étude cinétique

Le suivi du taux d‘élimination en fonction du temps de contact permis de déduire le temps optimum qui indique un état d‘équilibre et de déterminer éventuellement l‘ordre apparent de la vitesse d‘élimination.

Le taux d‘élimination (R%) est calculé par la formule ci-après:

( ) Avec :

Ci : concentration initiale du soluté (mg/l)

Chapitre V: Application des matériaux préparés à l’élimination des colorants anioniques

Page 126 La cinétique de sorption de CI et F2B a été étudié en mode de batch, à la température ambiante et au pH de la solution. Les suspensions préparées selon le même protocole décrit précédemment (tableau V.2; V= 50 ml) sont mises sous agitation constante pendant du durée allant de 30 min à 8 heures. A la fin du temps imparti à chaque échantillon, le surnageant est séparé par centrifugation (4000 tr/min pendant 15 minutes). La concentration résiduelle en colorant est déterminée par spectrophotomètre à la longueur d‘onde de 610 nm pour le CI et 646 nm pour le F2B.

V.2.4 Les isothermes d’adsorption

La sorption des deux colorants a été effectuée par les phases HDLs (ZAF3-HT, ZA3- HT et ZA4-HT) et par les matériaux calcinés (CZAF3, CZA3 et CZA4) afin de comparer les quantités éliminées en colorant.

Les isothermes d‘adsorption ont été étudiées sur des suspensions de 50 ml, obtenus avec les mêmes rapports solide/solution (voir tableau V.2) à des concentrations initiales variables (tableau V.3). Après 24 h d‘agitation. Les suspensions sont centrifugées et les surnageants sont analysés à 610 et 646 nm pour le carmin indigo et le vert Bezanyl-F2B respectivement.

Tableau V.3 Les concentrations initiales du carmin indigo (CI) et de vert Bezanyl-F2B (F2B)

utilisées dans l‘étude de l‘isotherme d‘adsorption.

Phase calcinée Ci (mg/l) Phase HDL Ci (mg/l)

CI F2B CI F2B

CZAF3 235-300 720-820 ZAF3-HT 20-50 10-40 CZA3 100-250 150-220 ZA3-HT 20-100 10-40 CZA4 80-180 200-290 ZA4-HT 5-40 10-40

V.2.5 L’effet de la température sur l’élimination des colorants

Le processus d‘adsorption dépend de la température du milieu. C‘est la raison pour laquelle que nous avons étudié la variation de la quantité adsorbée par CZAF3, CZA3 et CZA4 en fonction de trois températures différentes : 298, 308 et 318 K. Les suspensions de même composition (tableau V.2) ont été placées dans un bain marie réglé à la température désirée et soumises sous agitation pendant le temps d‘équilibre correspond pour chaque

Chapitre V: Application des matériaux préparés à l’élimination des colorants anioniques

Page 127 matériau. Les concentrations à l‘équilibre sont déterminées selon les mêmes étapes décrites ci-dessus.

V.2.6 Etude de réutilisation des adsorbants

La possibilité de régénérer les matériaux utilisés est une étape très intéressante du point de vue économique. Les matériaux CZAF3, CZA3 et CZA4 utilisés dans la sorption du CI et F2B sont régénérés par voix thermique. En respectant les mêmes rapports solide/solution et les concentrations initiales présentées dans le tableau V.2. Les suspensions sont agitées pendant le temps optimum approprié à chaque matériau, puis centrifugées et les surnageants sont analysés par spectrophotométrie. Les solides récupérés sont calcinés à 500 °C pendant 4h et réutilisés à nouveau pour la sorption des deux colorants.