Réduction du RTL par les NZVI

a) L’effet du te mps de contact

La figure III.3 montre l’effet du temps de contact des NZVI sur le RTL. On remarque que la réaction de décoloration se déroule rapidement dans les 20 premières minutes, puis diminue graduellement et atteint l'équilibre à t=30 min avec un rendement de décoloration de 97%.

0 50 100 150 200 250 300 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 p o u rce n ta g e d e d é co lo ra tio n t(mn)

Figure III.3 L’effet du temps de contact des nanoparticules de fer zéro-valent sur RTL

Ceci peut être expliqué par le fait que pendant les premiers stades de la réaction, les molécules de colorant pourraient facilement être en contact avec la surface Fe⁰ en raison de la forte capacité d'adsorption et de réduction des NZVI, mais au fur et à mesure que la réaction se déroule les sites de réactivité de surface des particules de NZVI sont progressivement saturés ce qui va entrainer une diminution de la vitesse de réaction.

b) L’effet de la masse des NZVI

Afin de fixer la masse des NZVI qui peut être utilisé dans cette étude, une série de d’expériences a été mise au point en introduisant des q uantités variables (entre 10g et 50 mg ) dans un volume de 10 ml de solution aqueuse de colorant de concentration 100 mg/L.

Comme le montre la figure III.4, une augmentation remarquable de la décoloration a été observée avec l'augmentation de la concentration de C-NZVI de 10 à 30 mg.

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 65 70 75 80 85 90 95 p o u rce n ta g e d e d é co lo ra tio n Masse (g)

Figure III.4 L’effet de la masse des NZVI sur la décoloration

Au fur et à mesure que la masse des NZVI augmente, les sites réactifs augmentent proportionnellement, ce qui conduit à une augmentation de l'efficacité d'élimination du colorant

Au-delà de 30 mg de masse de NZVI, on remarque que la rétention du colorant diminue suite à une diminution des sites actifs due au recouvrement ou à l’agrégation des chaines de CMC. En effet, l’adsorption du colorant est réalisée par un procédé de transfert de masse et

l'encombrement de ces grandes structures polymères pourrait être un facteur inhibiteur de

l’adsorption.

Par conséquent, la charge optimale de NZVI de 30 mg, a été adoptée dans la suite de notre étude.

c) L’effet de la concentration initiale du colorant

La figure III.4 montre le pourcentage de décoloration en fonction de la concentration initiale RTL. Les résultats montrent que l'élimination du rouge de telon diminue légèrement avec l'augmentation de la concentration initiale en colorant. Le pourcentage de décoloration le plus faible est de 95% à la concentration de 100 mg /L, et de 98% à la concentration initiale la plus faible de 5 mg/L.

0 20 40 60 80 100 86 88 90 92 94 96 98 100 po urce nt ag e de d eco lo ra tio n C (mg/L)

Figure III.4 Le pourcentage de déc oloration en fonc tion de l a c oncentration initi al du RTL

L’augmentation de la concentration du colorant engendre la saturation des sites de Fe0

ce qui explique la diminution du pourcentage de décoloration.

d) l’effet du pH

Comme le montre la figure III.5, le pourcentage de décoloration du colorant augmente avec le pH et atteint un niveau maximal à pH 6,5. Le pourcentage de décoloration passe de 95% à 98,33% , à une concentration de 100 mg / L du colorant, lors de l’augmentation du pH de 2 a 6,5. Une diminution de l'efficacité de la décoloration du rouge de telon a été observée à des pH plus élevés (> 6,5)

2 4 6 8 10 12 86 88 90 92 94 96 98 100 p o u rce n ta g e d e d é co lo ra tio n pH

Figure III.5 l’effet du pH sur la décoloration du rouge de telon

pour pouvoir expliquer ce phenoméne nous arrons besoin de comprendre le mecanisme de fontionnement de NZVI, la figure III.6 montre un modèle conceptuel pour la réaction du système de décoloration NZVI-colorant.

A la surface de NZVI et en présence d’oxygéne Fe0 s’oxyde en Fe2+ et Fe3+ cette oxydation engendre une liberation d’éléctrons, ces deniers sont a leur tour utilisé pour la formation de l’intermediaire hautement reactif H*.

H* entraine le clivage du chromophore du RTL selon se macanisme R1-N=N-R2 +2e^- + 2H* R1-NH-NH-R2

R1-NH-NH-R2 +2e^- +2H* R1-NH2 + R2-NH2

Ce qui explique pourquoi le milieux acide est favorable a la décoloration.

Lorsque le pH est basique on a formation d’une couche de FeOOH a cause de la reaction de Fe2+ et Fe3+ avec OH-, cette couche empeche le contact entre la surface de NZVI et le colorant ce qui explique la forte chute du pourcentage de décoloration a pH fort.

Sauf qu’on remarque que le pourcentage de décoloration est légèrement faible en milieu très acide. Ceci peut être due au fait q ue la solubilité et la viscosité de NZVI seraient sérieusement influencées par des valeurs de pH trop élevées ou trop basses.

Figure III.6 modèle c once ptuel pour la réac tion du système de décol oration NZVI-col orant.

e) effet de la tempé rature

On remarque que notre réaction est exothermique car l’augmentation de la température correspond a une diminution de l’efficacité de décoloration. Ce phénomène peut être expliqué par une augmentation de l’énergie d’activation avec l’augmentation de la température.

25 30 35 40 45 50 55 80 85 90 95 100 po urce nt ag e de d eco lo ra tio n T(C)

f) Validation des modèles cinétiques

Les données cinétiques obtenues pour le processus d'adsorption ont été analysées par le biais de deux modèles les plus courants

i. Modèle pseudo premier ordre

En général, la décoloration des colorants par les NZVI est supposée être une réaction de premier ordre par rapport à la concentration de colorant, en ignorant la concentration de NZVI [24]

Eq III.1

où C0 et Ct sont respectivement la concentration initiale et résiduelle de colorant (mg / L) à l'instant t (min), k désigne la constante de vitesse de pseudo-premier ordre observée (min^-1). Lorsque la réaction se produit dans l' interphase eau / NZVI, il est difficile d'atteindre 100% d'efficacité de dégradation en raison des limitations du transfert de phase solide- liquide. Ainsi, l'équation (III.1) est modifiée en tant qu'équation (III. 2)

Ct = C0 e^−kt ×α Eq III. 2

où α est le coefficient de variation de la cinétique idéale du premier ordre. Après l'intégration et le réarrangement, l'équation ( III.2) devient:

Ln (Ct/C0) = kt − ln α EqIII.3 0 5 10 15 20 25 30 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Ln (C /C 0) t(mn) Equation y = a + b*x Adj. R-Square 0,97458 Value B Intercept 2,93051 B Slope 0,01966

La figure représente le modèle pseudo-premier-ordre pour la décoloration du rouge de telon par NZVI.

y=0,0196x+2,930

Le modèle du premier ordre modifié est bon pour modéliser la cinétique de l'ensemble du processus. La valeur k de 0,0196 min^-1 et la valeur α de 2,930 ont été obtenues.

ii. Modèle pseudo second ordre

En général, le modèle cinétique d'adsorption de pseudo-deuxième ordre pourrait mieux établir le pronostic du processus d'adsorption [5],

où qe et qt sont la capacité d'adsorption (mg / g)

et k2 (g / mg . min) représente la constante de vitesse de l'adsorption. Les valeurs de k2 et qe peuvent être calculées de de t / qt en fonction de t. Le taux d'adsorption initial h (mg /g . min) peut être obtenu selon l'équation suivante :

EqIII.5 5 10 15 20 25 30 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 t/q t t (mn)

Pseudo premier ordre Pseudo second ordre

k1 (mn^-1) R² k2 (mn^-1.g.mg) R²

0,0196 0,9747 3,13.10^-5 0,9997

D'après les données de régression linéaire des deux modèles et en se basant sur les valeurs obtenues pour les coefficients de corrélation qui sont proches de l'unité, on peut conclure que les cinétiques d’adsorption du colorant sont mieux décrites par le modèle de pseudo deuxième ordre que celui du pseudo premier ordre.

IV .conclusion générale

Ce travail est fait dans le but de contribuer à la protection de l’environnement en général, et aux traitements des eaux en particulier, nous avons orienté ce travail vers la rétention d’un colorant, du rouge de telon, par des nanoparticules de fer zéro valent.

L’accent a étais mis sur l’étude de l’influence de certains paramètres (temps de contact, l’effet de la masse du matériau, le pH, la concentration initiale du colorant et l’effet de la température)

Les résultats expérimentaux ont montré que :

- Le taux d’adsorption/réduction augmente avec l’augmentation du temps de contact. - La capacité de rétention maximale est obtenu avec m= 0,03g de NZVI

- L’étude de l’influence du pH a donné comme résultat un pH optimal de 6.5 à température ambiante.

- L’effet de la concentration initiale a eu une influence sur la de rétention du rouge de telon. - Les cinétiques de rétention du colorant sont décrites par les modèle de pseudo premiers et pseudo deuxième ordre.

On peut dire que les résultats de notre étude, peuvent être qualifiés d’importants, encourageants

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a été préparé pour la décoloration du rouge de telon lumière (RTL). Le pourcentage de décoloration maximal obtenu est de 98% pour une concentration initiale de 100mg/L. Une masse de 30 mg de NZVI, un temps de contact de 30 mn et un pH de 6,52 à une température ambiante sont les conditions optimales obtenus dans ce travail. Les résultats montrent aussi qu’à pH trop élevé ou trop faible la décoloration du colorant est affectée. Les paramètres thermodynamiques montrent que la réaction de décoloration est exothermique. Le modèle cinétique adéquat pour cette réaction est le modèle pseudo-second ordre.

Abstract

In this study, the NZVI (Zero Iron Nanopartic les Worth - Stabilized by CMC) was prepared for the decolorization of acid red (RTL). The percentage of maximum discoloration obtained is 98% for an initial concentration of 100 mg / l. A charge of 30 mg of NZVI, a contact time of 30 minutes and a pH of 6.52 at room temperature this are the optimal conditions obtained in this work. The results also showed that at too high or too low pH affect the discoloration of the dye. The thermodynamic parameters showed that the discoloration reaction is exothermic. The appropriate kinetic model for this reaction is the pseudo-second order model.