Répubtique
Algérienne Démocratique
et
Populaire
Ministère
de
I'Enseignement
Supérieur
et de
la
Recherche
Scientifique
Université Mohamed
Seddik
Ben
Yahialljel
Faculté
des
sciences
et de
la Technologie
Département
de Génie des Procédés
Mémoire
Présenté
pour I'obtention
deMaster
Filière
:
Sciences et
Génie
de
I'Environnement
Option
:
Génie
des
Proc&es
de
l'Environnement
Thème
Membres
dejury
:.
Ilr.
Zoubida SFAKSY
.
Dr. Karima
ROUIBAH
Réalisé
par
:€.
Nedjmeddine
MEZERREG
Encadré par
:Dr.Farida
BOUREMMAI)
-/
Juin
2018Dépollution,
de,l'eua
par
1.4.2.5
Toxicité
des colorantsI
Chapitre
II
:Adsorption
et adsorbantsil.1
Généralités 10Il.2
Types d'adsorptiont0
rI.2.1
Adsorption chimiquel0
1I,2.2 Adsorption physique 10
II.3
Descripion
du mécanisme d' adsorptionl0
tt.4
Modèles cinétiques d' adsorption 11il.5
Classification des isothermes d'adsorptiont2
II.6
Equilibre d' adsorption 13IL6.1
lsotherme de Langmuirl3
tt.6.2
Isotherme de Freundlicht4
II.6.3
Isotherme deB.E.T
l4
TT.7 Facteurs infl uençant I' adsorption
t4
II.8
Les adsorbants 15II.9
Généralités sur le Charbonactif
l5
II.9.l,
Originel5
tt.9.2
Propriétés physique du Charbonactif
15II.9.3
Utilisation
du Charbonactif
t6
tr.g.4
Types du Charbonactif
16Chapitre
III
:Partie expérimentale
ilI.1
Introductiont8
III.2
Prçaration
du Charbon actif à partir d'épis de maisl8
B,emæci,ements
Je
remercip,
sofenne(lement
{teu
miséricw{t"eux
qui
rrl'a {trwlé
fa
force
terminer
ce
fuIo{est
trayai|
'l,ln
grantr
rstnercinnent
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fes
memhres
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SfaJCsy
ZouÛitra
et
R.ottihafr
J(arima-Je
remercip, cftafeureusement
mon
encadrettr
tsoureM
fari^{a Jgurr
stn
a{"{e
et
.rî.qweiffanca
Je
remercie
mes
yfrrents
tavoir
tnujours
été
{e
soutiptt
te
ptus
irnytrtenr
dens
rne.s
étu{es.
Svles
ftères
et
nL6L
sæwr
qu(
snt
taujotns
été
à
mes
cotes
et
je
rem,ercie,
syécinfernent
rrul
te
de
Sommaire
Introductiion
généraleChapitre
I
:Pollution
delteau
I
r.1
Généralités 2,.2
Pollutim
de l'eau 2I.3
Sources de lapollution
de loeau 2I.3.1 Source wbairre 2
t3.2
Sourceindusnielle
2r.33
Sornce agricole 3r3.4
Source naturelle 313.5
Source microbiologique 3{.4
Principaux t5rpçs de polluants 4r.{.1
Lesmétqrx
lourds 4 -rÀrl.rt.lil
Généralités 4t.4.t.2
.Les métaux dans l'environnement
5
r.4.2 Les colorants 6
I,42.1
Généralités 6t4.22
ïmpacts environnementaux 6t4.2.3
Utilisation
et application des colorants 6t4.2.4
Classifi cation des colorants 7t
4.2.41
Colorants solubles dans I'eau 7II
.3.1Effet
de la çoncentraliond'equilibre
initiale
et la détermination du tempst9
II
3.2
Effbt
de la qururtité drn C rarbonaptif
20II
.3.3Effd
du pH 20II
.1.4 Effet de la terrrpératurre 2Ail
.3.5 lsothermes d' adsorptiion2l
II
.4 Résultats et discussiion2l
u
.4.1 Caractérisatio'ndu,Cl\
2l
II
.4.1.r Microseopie électronilqr.r, à balayage2l
II
.4.1.2 Surface spéroifique2l
il
.4.1.3 Le pH du poir:t deohrg
zeto 22II
.4.1.4 SpectroscopierIR
QITIR) 22II
.4.2 Etude de l'élirnnination dr s polluants par le Charbonactif
23II
.4.:2.1Elimination
des mé{arux rurds 23II.
.4.:2.1:"1 Effet de la concenû:ationinitiale
23II.
.4,"L.r.:'Effet
du pH 26II.
.4:,2.1.:l Effet de la quantité du C arbonactif
26il.
.4.i,2.I.,{ Isothermes 11' adsonption 27If
.4:.Z.t.ti Etude thermrodlynannique 29n
.4.:.2.2Elimination
des color,ant 31il,
.4.:,2.2;l Effet de la concenfiat:ion ,nitiale 31II
,4:.2.2.2Effet
dupH
34fl
.4:.2.2.:\Effet
de la qurantité dtr Cl arbonactif
35Etude thermorlynamique
Conclusion
des
tableaux
Paramètes
du modèle cinétique pseudo-premier-ordre.comparaison des cosstantes desrnodèles cinétiques de pseudo second-ordre et valeurs de
ç
thârriques et expe,rimentafes obtenues pour les deux.métaux.les résultats de la modélisation dgs isothermes
d'
Pæamètres du modèle thermodynamique
comparaison des coRstantes des rnodèles cinetiques de
pseu&
second-ordre et valeurs de q" thérlriques et expérimentales obtenue$ Pæamètres de I'isotherme d'adsorption de Freundlich dBs deux colorants sur leCA
àtemperaturc ambianteLes paramètres thermodynamiques
AG',
LH" et Â,S"rel4fif
àL
dles
figures
N.
Figure
Pageri
;ureI.l
Structure chinriquerdu Rouge Congo 7Fi
lure I.lZ Structure chinriquer du bleu de méthyl,èneI
Fi pre
Il.l
Mécanisme du tranLsportd'un
adriorbat au seind'un
grain du solide 11Fi
lureIl.2
Classes desisrthermm
d'après Ciilles etColl
t2
Fi ure
I1..3 Le charbon actif err poudre 16Fi ure II.4
Le charbon actif err grain 17Fi
:ureIlI.l
Organigramm,o de lpnlparation durcharbon actif issu del'épi
de mariri 18Fi ure
II[.2
ImageMEB
du charb,on actif préparée2l
Fi
:ureII[.3
pH du point de charge zéroPHpz,t
22
Fi
,ureII[.4
Spectres deFTIR
d.e r:harbonactif
22Fir
ure II.[.5
Cinétique de 1'adsc,rption du Niclcel (a.) et chrome (b) a different
concentration
initial
23Fir
ure
I[[.6
Cinétique d'adlsorption de pseudo prernier'ordre de
Nickel
(a) et duChrome (b) 24
Fir
ure III[.7
Cinétique d'adlsorption de pseudo seccnd-ordre de
Nickel
(a) et durChrome (b) 25
ril
ureIIlt.8
Effet du pH sur I'adsorption du Nicl,rel (a) et du Chrome (b) 26Fil
ureIII[.9
Taux d'adsorption rle
Nickel
(a) et de rChrome (b) en fonction demasse de CA. 26
rir
urelllt.l0
Ir"th.*r.
dbds"rplion
du"ickrl
(a) et duct"ome
(b)sr"
techard;
actif. 27
Fi! ure
Illt.ll
Modélisation linéaire par le modèrlede Langmuir de l'isr:therme du
FJ #rre
Il[I.12
Modélisation linéaire par le modèle de Freundlich de I'isotherme cler
Nickel(a) et du Chrorme (b) 28
Fi
pre
Il.I.13
Taux d'adsorprtion du
Nickel
(a) et du Chrome (b) en fonction de latempérature 30
ri
;urefll.14
Représentation de l'équation
de'Van'tHoffpour
le nickel (a) et duchrome (b) 3û
Fi
;ureIlLl5
Influence du temps de contact et de la concentration
initiale
surI'adsorption du RC (a) et du
BM
(b)
sur leCA
32Fi
;ureIl.I.16
cinétique de pseudo-premier-ordre pour I'adsorption du RC (a) et
pour l'adsorption clu
BM
(b) 33Fi
;ureIlI.17
cinétique de pseudo4euxième-o:rdre pour I'adsorption du RC (a) e't
pour I'adsorplion
ilu
BM
O)
33Fi
;ureIII.18
Influence dupH
sun I'adsorption du RC{a)
et duBM (b)
sur leCA
35Fi
;ureIII.19
L'effet
de mar;se druCA
sur L'adsorption de RC(a) et duBM
(b) 36Fi
rureIïI.20
Isotherme d'adso4rtion du RC (a) et duBM
(b) 36Fi
3ureIII.2I
lsotherme de Jlangmuir pour RC (a) et pourBM(b)
37Fi
sre III.22
Isotherme de llreurtdlich porn RC (a) et porn leBM
(b) 37Fi
ure III.23
effet de la thermodynamique de l.'adsorption du RC sur leCA
39Fi
:ureIII.24
effet de la thernodyn.amique de l.'adsorption duBM
sur Ca 39dles
abréviations
capacité d'adsorptiion du solide.
Bleu de méthylène Potentiel d'hydrogi)ne
la constante de vittxse du processus d'adsorption du pseudo premier ordre. la constante de vitesse du processus d'adsorption selon le pseudo seconcl ordre. capacité d'adsorptiirrn maximale.
concentration du srrrluté en solution à
l'équilibre.
constante relative ii l'énergie d'adsorption.
Constante du modrlle de Fr:eundlish liée à
f
intensité d'adsorption.Transformet de fourier- in.fra rouse.
Longueur d'onde.
la capacité d'adsor;r'tion du colorant sur le support à l'équilibre .
la constante de vitesse du processus d'adsorption selon le modèle de Lartgmuir.
les
SO
uctiion générale
La
pollution
de l'eau a pris une grarde part des préoccupations envircnnementales, dufait
que umes ries eaux usées généré,es par lesdiftrents
secteurs d'activités sont devenrurs de plus en plusPlusieurs techniques ont été employées pour
l"élimination
des polluants, I'adsoqrtion sur desporeux est
l'une
des technirtruesla
plus répandue. Les recherches sont axées suu::I'utilisation
des
de faible coût,
disponible localement,biodé$adable,
fabriquéà
partir
des sources nature Ces dernières années, les charb,rns actifs s;znthétisés, à partir des résidus d'apr;riculture ontété utilisés coûrme adsorbant prcur
traiter
les effluents colorés en raison de l,eur structure po(e trèsimportante,leur
grander surface spécifique et leur grande capacitéd'adsorptirrn-La
va.lorisation des résidusd'agriculture,
sans générer de polluants, estun
granrddéfi
et estpour un développement industriel durable
afin
de préserver I'environnernLent. Tous lesbo,n marché
tels
que les déchels dela
biomasse, entre autresl'epi
de m"ais, Etu vr.l de sa élevée, en carbone peut êtreutilise
ooîrme préc,urseu pour la production de cha'l)onactif.
Cefaisant
I'objet
de notre
présenteétude
et
qui
consisteà
utiliser
un
adsorbant naturel,à
base
d'épi
de
nraïs
damsun
pror:édéphysico-chimique
d'adsorpl,ionpour
lede deux
colorants organiques quenous
Érvonschoisis (bleu de
méthylèrreet le
rouge et de deux métaux lourds O{ickel ef Chrome).Le pn,:mier chapitre de ce trirvail présente une étude bibliographique relative à
la
pollution
del'eau, diflérents polluants
qui
seront étudiés au corrrs de ce travail. Nous presenterons aussi dans le ième ,chapitrela
descriptionr du phénomène d'adsorption et d'adsorbantqui
ser:irutilisé
< leactif
>.L'étude
expérimentale del'adsorption
des polluants choisis surle
charbonactif
synthétisé à'épi
maïs seraI'objet
du
troisième chapitre etporte
sur un€ étude comparative entre deux etdetx
colorantsI'un
catiotrique et l'autre anionique.Nous;âvofls également étudié la cirrétique et les isotherrnes d'adsorplion ainsi q*re
I'influence
de
ceins
paramètresdu milieu
aqueux,coclme
la
températrue,la
massede
I'adsorbant
et
ladu milieu.
Ch*pitre'
I:
Polluttion
de
loeau
Ll.
éralités
L'sau
est une substance unique, pmcequ'elle
peut
sÊ renouvelerof
se nettoyer elle-mêmelemeut, en permettant à des
polluarts
de se précipiter (parle
procédés de sedirnrentation) ouitiorn,
ou par
la
dilutiorr des
polluants
au point
ori
ils
ne
sont pas
présentsà
desiorrs dangereuses. Mais, r:e procrSdés naturel prend du temps, et devient difFrcite quand des
excessives de contaminants dangereux sont e$outées à l'eau.
L'évolution
de laliie
afait
queins sont en train
d'utiliser
de plusr en plusdr:
polluantsqui
contaminent les scrurces d'eau. Lali
des polluants est longue et les sign,es de la poll.ution de l'eau nous entourent [11.1.2.
rtion
de
lneau
de ses
La
pollution
de I'eau est unre dégradation physrique, chimique, biologique ou bar:tériologiquequalittis naturelles, provoqué,e par I'homme et ses activités.
Elle
perturbe les conCitions de vieet de la faune ; elle comprrolret les utilisations de I'eau et l'équilibre du
milieu
naturel. lesde la
telles
La pollution
des eaux est provoquéepar
le
rejet d'eau
saliepar
nosactivites
domestiques et nettoyages divers, etc.) mais également pal les diverses activités industrielles et agdcoles,pour nous
fournir
les alimentsr:t
les biens dont nous avons besoin [2].Erce$
de
la
pollution
de
I'eau
I.3.1.
rce urbaine
L'origine
des eaux résiduaires urbaines est principalementdomesique
où
les
populations les eaux usées. Ces efflu,ants so.ntun
mélanged'eaux
contenant des déjectirlns humainesles eaux de toilette et de rrettoyage des sols i:t des aliments (eaux ménagères).
mals
Les
eaux usées urbaines peuvent iaussinormalement,
ces
dernières
doiventcontenir des eaux résiduaires
d'originc
industrielle,avoir subi
un
prétraitement
pour
rrtfteindre desusées domestiques
potn
perrnettreun
l;raitement en istiqtres compmablesà
cell,es des eauxI2l.
rce
industrielle
Elle
r;onstitueles
déchets liquiderrr.3.2.
prernières en produits indtrstriels.
[,es
eaux résiduaires proviennent principalen:rent clel'eau
consomrnée dans c[,e nombreuses io.nsde
fabrication
par voie
humi.de,comme
par
exemple:
la
pnlcipitation,
llelavage,
ledes appareils, des atelierr;, les
filtrations,
les distillations, eto.l,es
effluents
industrieki pçuvent caus{}r
des
pollutions
organiqueri
(industriespapeteries), chinLiques (tanneries, usines
textiles...)
ou
prhysiques (rÉc*rauffementpal: centrales thermiques,
malières
en $$pension
des mines
ou
de
la
sidérurripr;ie).trls
sont les deI'altération
des conditions de clarté et d'oxygénation de I'eatç pouvant aussi causerI'acc ulation de certains éléments dans la chaîne alimentaire (métaux, pesticide, radir:activité).
La
pollut
peut aussi être due àI'infiltration
de produits toxiques mal entreposés, à des fi.rites dans les rs ou à des accidents lors dlu transport de malières dangereuses menant à des concentrationseaux qui peuvent aisément atteindre
lglL
I2l.
r.3.3.
rce agricole
L,a
pollution d'origine
agricole pro'vient surtout des engrais et des pesticides réparndus dans ler1e
très
grandes surfaces àrproKirnité
ou
pas des coursd'eau. Ce type de
pollution
s'estfirdepuis
que
l'agriculture
est
errtrée dans'nn
sladed'industrialisation
asserz avancé. La ion des élevages entraîne un exr;édent de dr:jections animalesqui
finissent pa.renrichir
les cours 'eau et les nappes souterrai:res en,Cérivés azolÉs, encourageant ainsji une sourcÊ depollution
ologique.
L'utilisation
massive des orgrais chirniques (nitrates et phcrsphates) alttilrent aussi lades nappes souterraines versr lesquelles
ils
sont entraînés[2].
I.3.4.
rce
naturelle
dars
sol
du
Ce phénomène se retrouve pour toute eau en contact avec l'atmosphère car cellle-ci contient carbonique COz
qui
est sc,luble clansl'eau
pour
donnerde I'acide
carboniquede
formule.
On
comprend
ainsi qu'un€
concentration
de
COz dans
I'atrnLosphère cornduità
uneacidi
ion
de l'eau
à
son
contirct.Airrsi,
même avant I'existence
despluies
acidlesd'origine
ique, les pluies naturelles étaient légèrement acides, ceci étant toujours le cas ctans des zones
telles que les forêts amazoniennes [21.
I3.5.
Source
microbiologique
H
aigus
L,a
oll
qualité microbiologique de
l'e,aupeut
aus'si êtreà
I'origine
chroniques.
Des
accide,ntspeuvent avoir:
lieu lors
d'unede problèmes,
qu'ils
soient maruvaisedésinfection
desqui
peut être
un
facteur
de canali donnantune
eau de, mauv;aisequalité
microbiologiquepaf
Idu p:n
les
prejets
le
des activités huunines est
en
augmentation constante.La
prise
cile conscienceème cles polluants minéraux
dans
les eaux destinées à la consommiilionhumaine
a
conduitvoirs publics
à
metke
err
place des
législations
de plus en
plus sévères ',ris-à-vis desdbrigines
diverses
(induslrielles,
urbaines
ou
agricoles).
Cespolluants
rniinéraux
sontlemertt
les
métaux
lourds
dotes
de
propriétés
chimiquesparticulière's
qui
leuruner
réelle toxicité
aussi
bien vis-à-vis rle l'être humain
qu'à:l'égard
des; organismesdu
règne animal
et
vd:gétal.
Pour
répondre
à
ce
problème, diverses trchniques deion otrt
été misesen
æuvre. Parrni ces techniques,il
y
a lieu
de
citer les
procédés
detation
chimique,
l'échange
d'ions
et
I'adsorption.
De
nombreuxchercheurs
ont
ainsiqu'une vanété
de
matérieluxd'origine
naturelle
ou
synthétiqueilvait
I'aptitrlde
de fixer
ites
importantesen
métaux
lourds
à
prartir
des
solutions aqueuses.L'essentiel
devise
à
définir les
principes physico*himiques
déterminant les capacitdis defixation
luants par des matériaux
natrels
et synthétiques [41.L,e
Nickel
Le nickel
est un métallourd,
de s1'mbole chimiqueNi,
de numéro atomique 28 et de masse ue58,6!),le
nickel
qui fait
partie
des"métaux
detransition"
est clar;sé coflrmele
23è-" plusélément dans la croûte terrestre, avec un€ co:ncentration
d'environ
7SmglKg. De très petitesse tnruvent dans les rochers sédirinentaires comme
le
gres; par conlire des granctes quantités dans le basalte(160mgil(g)
et les durites (;l000rng/Kg).des cette des abo qu se
Le
nicliel
résistarceest
utilisé
dans une grandediversité d'applications
grâcerà
soninoxydabilité,
saà
un
vaste régime de températurs, son beaupoli
et
ses rtrualités coûKne élémentd'all
Isl.
corros
(nD
==Le
ChnsmeLe chrcrme est un élément ctrimique, métallique, de symbole Cr, de
nrméro
atomique 24 et deiqtre
51,996
u.m.a,
il
appartient augroupe
6
(o.r VI
b)
du
tableau periiodique. Cetest
uLnmétal
de
transition,
dur
et
d'une couleur
gris
acier-arsenté.Il
nésisteà
la et au ternissement.Il
est souvent en substil,utiondu fer
(rayons ioniques très; proches Fe ,067run,
Cr(III)
= 0,061run,
Cr
(VD:
0,04'4 nm. Les traces de chnome préserrites dans cestrl fornre uniquement des liaisons de covalencs,, et bien que classé dans un
gxoup,g de métaux,
physionomie
typique
d'un élément
de transition.
Sa températurerde
fusion
estsituée
àI 875
t6l.
r,4,2,
Les
collorants
. Généralités
1.4.2.
ont
la
Colorants, composes chimiques co.[orés, naturels ou synthétiques, en général orgr;aniqtæs,
qui
propriétéde
colorer
durablementle
supportsur
lequel ils
sont
appliqués deurs certaines Ces composéssont
utilisés
prourcolorer
les
textiles,
les enores,
les perintures, lesverni les produits alimentaires, etc. La terminologie industrielle moderne définit
un
col'rant
cofirmeun
it
corttenant
le
colorant organiqruepur
aveodifferents additifs et
agents de c;oupage,qui
facili
son
rrtilisation.Les colorærts sont
differents
des prigments, c<mposes solides finement divisésqui
doiventsurfaces.
Les
pigments srrnten
effet avec desliants
avantleur
application sur
lesdans;le
milieu
oùils
sont appliqués [7f.mpactl
environnementaux
colorants sont visilbles dans
I'eau
mé)me à des très faiblesconcentratiçns
(<
IAinsi.
ils
contribuent
aui:
probl,èmesde pollution liés
à la
gé1ération d,u,ne quantitél'écosy
doeau usée contenant des colorants résiduels
[S]. Le
rejet de ce,s eaux résidluaires dansetit une source de
pollution,
d'eutrophisation et de perturbationL non esthéti,que dans lavle
aq ique etpar
conséquent présenteun
dangerpotentiel
de bioaccumulationqui
preut affecterI par tr€msport à travers la chaine alimentaire [91. t.4.2.3.
tilisation
etapplication
se convaincre de l'impr<rtance des matières colorærtes,
il
suffit
d'examiner l'ensembledes its manufacturés soumis
à
une oprlration de coloration.Les grands domaines d.'application
des col sont les suivants :
ila
t.4.
'extiles :60Yo
ier:
lffla
ieres plastiques et élastom.ères
:
l}vo
uirs et .foumrres : 3o/sLes au[res applications concement les produits alimentairesl, le bois et
i:fication des
coloranls
Les
colorants dansce
cas sont utilisés
pour)
de
rnanière
durable;plusieurs milliers
decolorer
les
substancesà
strucfure fibreuse mat.ières colorantes retuû
certaful nombre deis de teinture ont été développées Ut0l.
classerr succinctement les colorant;s de la manière suivante:
l"Colorants
solubles dans loeau colora:nts acidesCe sont des colorants, dans
la
mol,écule desquelsfigure
le
groupenrent (COOF1) ou (SO3H)qui
à
caractère acide,ce type de colorant présr:nte
une
forte affinité
pour
lers
fonctionsdisponibles sur les fibres protéiniques (la laine et la soie) et sur les polyamides [7]. basiq
Le
rouge CongoLe
rou6;e de Congo(RC),
ur
colorimtanionique (acide) faisant prrrtie
de
la
classe
desar;aiq
de
rlormule
brute
chinLique
(]:HzNeOoSizNaz,de
massemolaire
696,7s.mol_I. La
form
structu'rale de la moléculeest
portée dans
la
figureI.1.
Son
utiliisation
dans,l,industrie
chimiq
200 et
est nrultiple. Une étude de son sp,ectre
UV
visible
à des longueurs d'ondes cornrprises entre50nm,réaliséeà I'aide
d'un
spectrophotomiltretype
W-1601
Shimadzu,a
permis
dela
Jlongueurd'onde
qui correspond aumarimum
d'absorbanco,lLn*:
500 nrrn[ll].
Figure
I.1 :
Struchre chimique du Rouge Congo ntsdirects
ls
sontl
aussi
à
caractèreacide toute
fois.leurs
fixation
sur
la
fibre
n,a
pas
un chimi,que conlme dans le cas precédart[lO1.nts basiques
sont des corps qui portent des forrctions basiques susceptibles de rd:agir avec les fonctions
Le blcu
de méthylèneBM
Le
colorant bleu de m(ithylène est un colrcrant cationiqued'indice
CI
5201:15, sa formuleest cl
rN:SCIet
sa masse molaire est de 319,85 glmol.
C'est une molécule organiqur,r apparterumtàla
avec
vérita
ille
de:s XanthinesIl2'131,
Ce colsrant est choisi comme modèle Rrryrésentatif lles polluantsues de
taille
moyenne et sa rstructue chimique est r:présentéesïlrla
lïgure I.2.Hsc-\\*--{={>=(--.-I , cHg
ct-Les r:olorants insolubles rùans I'reau
colorants
de cuveCe sont des colorants solubl,es en
milieu
reducleur, on les appelte ainsi cm, en terrme métier, cettelution
réductrice
est
apprelée cuve.Ils
se
régérrèrentsous I'action
d'un
crxydant.Ils
de teindre les fibres cellulosiques et
ils
donnent des teintures très solides [71.colorants pigmentaires
disti.nction
entre colorant
et
pigment
résicle dansle fait
que
h
colorant est
vraimentpar le rnatériau à colorer, tandis que le pigmenrl est appliqué sur sa surface (les pigments sont
des
its
irrsolubles dans I'eau) [71.oxicitii
descolorants
la
moitié
dix-nçuvième siècle
lesi chercheursont
syfirhétisédes
milliers
dela
lerinte
cles
différentes
fibres.
mais
roarallèlemerrLtà
cette du à rll l{g l\I I c:H3Figure
I.2 :
Stnrcture chimique du bleu de méthylènecolorants
métaÏifères
Dans cr; cas l'élément métalllique es,t inclus dans la molécule de colorant, qui est par lui-même plexe ['7f.
colorants reactifs
Ce
sortt des corps
qui
possèdentla
propriété
de
se
combiner
par
réacticn chimiquealors
degroupements
d'atomes
tels que COH)
ot]
(-NH2].
11
se
formreliaisons chimiques, ce qui assure à ces colorants une exeellente solidité [71.
t.4.2.s.
les toxicologues
ont voulu
vtirifier
les effets physiologiqueset
surtouttodques
de ces de synthèse.Les
expériences réalisées
sur'des animaux
ort
révélé
que
certains colorants
sont,[es
pouvoirs
publics ont interdit I'utilisation de
certainsC'est
la
raison
pour
latruelleActuellement de nombreuses stations d'épuratiion des industries textiles rejettent des quantités
d'eau et des boues colorées dlans
la
nalure.Ces
rejets peuvent se transrnLethe àl'être
par:
[7-101Action
du vent (poussière en été),Infiltration
des colorants darx les niappesp#atiques,
Introdtrction dans les differentes chaînes alimerntaires (végétaux, animaux).
L'accumulation des
dosesdes colorants
sur
certains sites
de
I'organisme provoque
desLes
amines
aromatiques
dérivant des
hydrocarbures,
servent
à la
fahrication
desemployés dans
I'industrie textile. Elles
sont
cancérigèneset
comprennentune
serie dequi.iouent
un
rôle
imporfant dians I'appariti,onde
maladies professionnellestel
que
Ie de la ve'ssie
[7].
Cha
Il
:
Adsorption
et atdsorbants
il.1.
nnlités
L'adsorption
est un phénonrène d'interface, pouvant seliquicle.
Le
phénomène
est
grénéralpour
toutesmanifester rmtre
un
solliide etun
gazles
surfacersmais
om cherche
àI'expl
iter en ,omployant des solides à porosité élevée.Nous limiterons
cette éfudeà I'adsorption
solide/liquide, carelle
concern€ nolr,etravail.
Le solide est I'adsorbant, tan<lis quele
composéfixé
est appelé adsorbât.L'interaction
entreI'
et l'adsorbant met enjeu
des forces de natures différentes de type physique elr'ou chimique oull4l.
II2.
SelorrII.2.1
pes
ril'adsorption
énergies de liaison mises en
jeu,
J.'adsorption est divisée en deux types :Adsorption chimique(ou
chimisorption)Elle
correspondà la
création de véritables liaisons chimiquespar
le
transfert
électronique enhe moléculesde
f
interface des deux phases. Ces liaisonssonl
de !4pe covderul;,mais
elles être l(igèrement polarisées. Les érLergies mises enjeu
sont plus grandes que darnsle
cas de phy'siosorption.
Ce type
d'adso4ltion
specifique
n'apparaît
le
plurs
souvent
qu'à
desassez élevées et ne d,evient réversible qu'à des tempéraitures erncore plus éiilevées[ls],
rr.2.2.
Adsorlption
physiqu{ou
physiso rption)Contrairement
à la
chimisrrrption.,Dans
la
physio
sorption,
il
n'y
a
pâs
de
transfertElle
n'est pas
spécifique
ret
peut
êt:remulticouche. L'adsorption
plhysique
estt
réversible car l'énerg:ie mise en cause estfaible,
(del'ordre
de quelqueis kilocaloriespar mo ). Les forces impliquées sortt des frrrces d'attrarction de type
VAN
DIIR
WALLSI [151.II.3.
ription
du
mécanisnne
d'adsorptionr
sr:
produit
principalententen
quatre étqpes. .Lafigure III-15
représenteun
matériau)
avec les differents domaines dims lesquelsr peuvent se trouver lers moléculers organiquesqui sont susceptibles de rerLtrer en interraction avec le solide [161.
L'T
(ar
ou
d'âdsr+Et
frlm nul<le _ la surface externe du pêrticule
Figu
Il.l:l\{écanisme
du transportd'un
adsorbat au. seind'un
grain du solide l-diffrxriion exteme;2-diffrrsion interrre (dansi les pores); 3-migration en
surfaal
[17]. L'adsorption se produit principalement en trois etapes :1-ïl
'ert de
mâs$e
externe (dillfusion externe)
qui
correspond
au
tnansfert
dusol les de la phase liquidr:) du sein de la solution à la surface externe des particrules.
2-
rt
rle
masse
interne
d:ansles
pores(d,iffusion interne)
qui
a
lieu
darnsle
fluide
de
la
surface des grains'irers leur cenLtre à traversrempli les pores ;
les
molécules se pr:opagent les3-di
do
dre
$rrfaee
Pour
certainsdes
molécules
u4ss1ffir3sadsorbants,
il
peut exister égalementle
long
des
surfaces
des pores
àune
contribution de
la1'échelle
d'tm
grain Ce Çekr
bant [1r8].odèlers
cinétiques
d'adsiorption
La cinétique peut être préserLtee par differents rnodèles
Equation
de pseudo1"
ordlre (La;gergren) :modèle est représenté par l'équationLsuivante :
*
=
*r'
(q"
-
q,)
(t)
q1 : capacités d'adsorytion à l'équ:llibre et au l.emps
t(mg/g)
constante d'adsorption du pseudo
lt'ordre
(min-t)
el en linéarisant l'équation (1.), on retomtre sur
l'équation (2)
qrui permet d'robtenirkr
et la linéarisation,il
faut prendreln
(rtrq)
en fonction du temps [19].ln(q"
-
qt)t=
In(q")'-
kl,
t
{2,
Equation
de pseudo2è" ordre
(Ho
etat.)
I*=ur'(q"-q,)'
11
kz:
Eni
d'adsorption du pseurlo
2è*'ordre
(gmgilmin-l)
et
en linéarisant l'éqpation
(3) on
retcrmbesrn
l'éçation
(4)
çi
permetd'obtflir
lçet1u
Pour ler linémisation,il
faut prendrerVql en fionotion du temps [191.t
1
1_--: ---T
+
-t
{t
xz.t9e-J
9eification
des
isothermes dl'adsorptiion
(4)
Expérirnentalement, on distingue qrratre classes principales nommées : S (sigmoide),
L
(
ir),
Ht (hauteaffinité)
etC
(partit[ion constarrte).La
figure
II.2
illustre la
fornrLe de chaque type isothennes selon la classification de Gilles etColl.
-I->/pr=
Figure
II.2
: Cla.sses des isothermes d'après Gilles etColl
[201.cifion
tient compte enlre autred'un
certai:n nombre d'hypothèses [21f :Cetûe
Les i
Le
solvant
s'adsorbesur
lx
mênres sitesque
le
soluté.Ceci implique
l'exitiitence d'une compâlition d'adsorption entre le solvant et le r;olutt!.Le
nornbre de sites susceptiblesd'accueillir
les molécules dp solutéà
la
Surfa,cedu
solidediminue quand la quantité adsorbée augmente.
L'orierrtation des molécules à la surface. On peut citer le cas où les molécules so,nt adsorbées verticalement ou horizontalement sur la surface.
Enfin,
les interactions attractives ou repulsiveri entre les molécules adsorbées se manifestentd'une Iàçon notable dans le phénomène d'adsorption
ue classe on donne une explication.
Classe
L
de classe
L
présentent, à faible concerLtration en solution, une concavité tournée versui traduit une
diminution
des sites libres aufur
et à mesure de la progression de I'adsorption. Classe Sde cette classe
présentar!
èr faible soncentration, uns concavité tournée r,'ers le haut.Ie bas
Classr:
H
La
ie initiale
de
I'isotherme est presqueverticale,
la
quantité adsorbée apparaît i.mportante àion quasiment nulle du soluté dans la solution.
Classe
C
de
cette classe se caractérisentpar
rmepartition
constante entrela
srolutionet
leLes
sub jusqu'à un palier.
II.6. Equilibre
d'
adsorption
Pour
décrire les performan{lesd'un
système iadsorbât/adsorbant, des modèles théoriquss et em ont été développés, décrÉvantlil
relation errtre la masse d'adsorbât fixée àl'équilibre
etla
sous laquelle
elle a
llieu, à température: constante.Il
s'agit
d'isotherme r:t'adsorption. est donc une courbequi
représentela
variation dela
quantité de soluté adsorbée parmasso d'adsorbant en fonction de
la
concentr:ation àl'équilibre
Ce" Lestrois
isrrthermes Lesplus sront celles de Langmuir, de lrreundlich et de llrunauer-Emmet1.-Te11er(BET') 1221.
Isotherrme
d'adsorption
tle
Langmuir
conce conce Une
i
unitéII.6.1
qu'il
L'équation
deLangmuir
suppose queI'adsorption a
lieu
sur
des sites de mênte énergie et'y
a palsd'interaction
entre les molécules adsorbées.Elle
est applicable à l'adso,rption monolaire et s'exprime par :
-
b.c"q=i=Qmxl*t,ce
(s)
f'oi
c.:
de soluté adsorbée par unité de masse de l'adsorbant à
l'équilibre
(mg/g).ite cl' adsorption maximale (mg1g).
ncentration du soluté dans la phase.tiquide à
l'équilibre
(mg/}.
cle Langmuir.
La linéarisation de l'équation de
Lmgmuir
donnée permet de déduire la capacitéultime
q-
etb:
de dissociation Ko égale à
llb
1221.TI.6.
Isotherme
deFreundlicùL
L'isotherme d' adsorption de Freundlich, présentée en 1926, rcpose sur l'équaticr,n empirique
sites d'iadsorption sont distrilbués un,iformémenl;à la surface de l'adsorbant. site est indépendant des siites voisins
ie
d'adsorption retient
la
première couche
de
molécule,
alorsque
ll'énergie
deretient les couches successives suivantes [22],
L'équation de I'isotherme d'adsolp.lion de B.E.T est la suivante :
rq
-
K. ç*1/o (6)Krn
constantes expérimentalesqui
dqpendent respectivementde la
nafurede
I'adsorbâtet
deII.6.3
Cette isotherme est une isotherme empirique
qui,
contrairementà celle
de Læ:rgmuir,tient
de I'inégalité d'énergie d'aclsorptic,n des differents sites [23].
Isotherme
deB.E.T
L'isotherme de B.E.T, proposée en 1938, reposie sur les hypothèses ci-dessous a- Pl couches successives de molécules peuvenl être fïxées sur
l'adsorbanl
sul'v
I'
b-c-
d-o--
A'c"'Q^
-' -
(c "-c")xtr+(l-r).ff1
(7) {1|n :C.!
c.:
trltime d'adsorption (rng/g).ion du soluté dans la phase,liquide à
l'équilibre
(mgn).ion de la matière disr;oute à
l'état
de saturatirtn (mg/I).A:
l"iée à l'énergie d'inter:action avec la surfâce.acteurs
influençant
I'adsorption
L'efficacité
d'un
adsorbantvis-à-vis
d'un
;ldsorbâtrI.7.
do:nt les principaux sont:
Les
caractéristiquesde
l'adsorbant:
polarité, volume
poreux, surface spécifique, fbnctionssuperfi,cielles....
Les caractéristiques de I'adsorbât : polarité, solubifité, poids et saturation molecqllaire...
Les
paramètresphysiques
:
tels
que
la
te,mpératureet le pH
qui
ont
Ule
influenceconsidtlrable sur le phénomène d'aclsorption.
[,ors de
I'adsorption,
la
vialeurdu pH
joue
souventun
rôle
important,
l'arclisorption estau point isoélectrique4 car les liaisons avec I'eau y sont minimales [23].
II.8.
Les adlsorbants
Plusieuns matériaux sont utilisés err traitement de
l'eau
: alumine(Alzol),
gel {r* silice, terre[ler,
teme
à
diatomées,ta:nis
moléculaire, résines
à
micropores, résines
è
microporesdeF
cloions,
dioxyde de
nranganèseet
mêmLe<
flocs de
sulfate d'aluminiunn
> et
siliceacti Ceper:Ldant, plus que toutes ces matières, c'est le charbon actif qui est le plus adp,orbant [24].
Généralité sur
Ie
charbon
actif
Parmi .les differentes formeri de carbone
il
en existe seulement deuxqui
soient çrristallines, leet le pgaphite.
espèces
noir
de carbone. charbonactif
et e,ckes, sont moins bien cristalliséeç et possèdent iétés adsorbants [25]. L'e>çressicrn < charbonactif
> désigne tout matériaud'ori.gine animale
ou
régétaler
ayant
subi
des
traitements spéciaux
(çilrbonisation, ), sa surface inteme peut atteindre 2000-4AAr)m'?lgl26l.
Les
des
II.9.1
Origine
(
D'origine
organiqueou
minérale,
il
provient de
diverses matières animaleset
végétales denoix
de coco, tourbe,houille...
), les charbons actifs issus de ces derniers prqcluits sont les plusvent
employéspour
le
traitement
de l'eau
nafurelle
ou
résiduai:re.Pour
des recherchesspecr on peut avoir recours à des prrrduits carbonisablés comme le sucre qui donq,e du charbon
actif
iquementpw
[251.Propriété physiques du
rcharbon
actif
La distribution
poreuse ou porosité estliée
àia
répartition dela
taille
des por$s. Ces poresrisiés par leur volume poreux
(,:m'lg),lew
rayon('A)
et leur surliace{m%).
II.9.
Selon
I'Union
Internationale dela
Chimie
Pure etAppliquée
(the InternationalUnion
of
Pure andAppli
ChenristryIUPAC)
les pores des ,charbons actifs sont classés dans tirois groupes;1, microporespores
<2twl,
mésopores (2-50 rrm) et macropores (>50 nnt) 1271.(taille
II.9
pm
etUtilisation
du charbon
ar:tif
'utilisation
du charbon actif r:st répartie en differents domaines cofilme :Traitement des eaux potables et résiduairEs. Purifi ication de produits industriels.
Le
charbonactif élimine
les couleurs et les irmpuretés de produits bruts,il
est employé par exemple pour la décoloration du sucre de canne ou de betterave.Le
charbon
actif
est
ernployé
dans l'équipement
d'air
conditionné
ainl;i
que
pourl'élinrination
des odeurs d'égouts et d'émanalions chimiques.Les
filtres
à
charbon
actif
contenus
darLscertaines
voitures,
fixent
les
émanations d'hyclrocarbures imbrûlés qui s'é<;happent des véhicules àI'a:rêt.
dernières années,
I'utilisation
du charbonactif
s'est élargie au traitement des eaux polluéesnon
seulementde
ses rlualitési d'adsorbantmais
aussidu rôle
épurateur .iouépar
les qui 1'sont fixées [25],II.9.
Typesrdu
charbon
actif
Charb'on
actif
enpoudre
(CAP)
Charb,cn
actif
en poudre otrCAP
prendla
forme de grains detaille
comprise erntre 10 et 50il
est g(rnéralementutilisé
erL combinaison aveo un traitement clarificateur.Le Cr\P
est ajoutéllement avec I'eau
à traiter
avec des
agenl.sfloculant.
Il
est
recommandé ,rl'utiliser desclarifi
pour augnenter le tenrps de contact entrr: le charbon et I'eau [281.Figure
II.3
: Le charbon actif en poudreCharbron
actif
engrain
(C.AG)ilisation du
charbonactif
engrain
à l'échelle
intlustrielle
estplus
freqtrente quecelle
dul'ue
cinétique:résistent aux
actif
en
poudre,malgré
[a bonne performenrcede
ce
dernier
du point
deion
I1 est
utilisé pour l'élimination d'une partie
desmicropolluants qui
b)L'
c)
Fi$re
II.4 l
Le c.harbrrn actif e't graincharbon actif
enextrudé
charbon
extndé
est defonne cylindrique
avecdiamètes
al[ant de0,8
mm
à l5mm.
Il
estutilisé pour des applications en phase gazeuse à cause de sa
ftible
perte $E charge,&
résistarrce mecaniqtre et de sa faible teneur en poussières [51.Fgure
II.5
: Le chartomactif en extrudét7
R10
III
:
Partie expérimentale
III.1.
ntroduction
Dans cette partie, seront d'abord pr,ésentées les méthodes de preparalion et de cariactérisation
iau
ulilisé
comme adsorbant en I'occurrencele
charbonactii
on
y
démira les protocolesires desi tests d'adsorption des difféirents polluirnts Èt savoir les deux polluants organiques, le
bleu méthy1[ène
qui
estun
colorimt cati,onique et ler rouge Congo, colorant anionique et les deuxpol inorglaniques
qui
sont lesmétaui
Cr6* et Ni2*.Parla
suite les résultats seront présentés etlll.2.
llréparation
du
charbon
actil'à
partir
'd'épis
de maÏs
qui
lla
matiLère première utilisée pour la, fabrication de notre charbonactif (CA)
est lorépis de maisun déchet naturel agricole, pour prcrcéder à la preparation, on cûmmenc€ par séclrer et broyer
prernière, une activation,chimique à I'acide phosphorique H:PO+ pendant 2h iit S0 0C a
eé
réalisëie, elle est suivie par une ac1;ivation physiquequi
consiste à un traitement thermique àdu pro<luit dans un four tubuLlaire sclus un couremt de vapeur d'eau pendant 2 heur,es.
Les ipales étapes de
fabricatior
deCA
sont reprérientées par l'organigramme de la fligureIII.1.
la
d'
700
Pnlparation de la matière prenrière (séchage, broya13e,
tamisage) hnprégration avec
H3PO4(80%)
'Chauffage
(80"C)+Agitation(2)
i
Lavage HzO distillée
jusqu'à
PI{Séchage à 105
"C,24h
iOxydation à haute temPérature
700'C
sousflux
de vaPeur9'-*rJ?P*
-.----.
.
. Broyage+
Tamisage-,1;
.i{
l\ctivation
chimique -f aActivation
physique-'l:
._r*
'-'L
Figure
III.1
: Organigranrne de préparation du charbon actif issu del'épi
de nlats.JSM
dans
I-e
charbonactif
préparéa
<ité careçtérisépar
difierentes méthodes physicochinriques,on
aià
un,e caractérisation terturaleilu
microscope électronique
à
balayage (lvltEB)qui
està I'université
SABANCI
enTruquie
avecun
microscope électroniqueà
balayage JEOLV
etla
détermination d,ela
surface specifique parla
méthode deBET
qui
a été réaliséelirboratoire des matériaux r;n
Tunluie
et
une caractérisationchimique qui
consisteen
la
inartion
du
pH
à
chargenulle et
la
déterminrrtiondes liaisons
existantes dansile
CA
parie
infrarouge.L'analyso par
slrectroscopieinfiarouge (en transmission)a
eité effectuée aprpareil de spectroscopie irrfrarouge detype
FTIR
SCHIMADZU,
utilisant
unopastille
dede Potassium
(KCl)
dans un intervalle de nornbre d'onde compris entre 400 et 41000 cm-lm3.
Cronditions de loadsorptlion
1{rrus iùvons commencé
ptn
déterminer
le
temps d'équilibre
en
étudiant
l"effet de
lara.tion
initiale et
des differents paramètres influençant sur I'adsorption des polh.rants(l'effet
et la
quantitéde
l'adsortant)
sur
le
Chæbonactif qui
nousont
permisdc
dé,terminer lesd' adsorption ainsi que 1' étude tlrermodynarnique.
ITI.3.
,,E,ffet ,rlela concentratiorr
initiale
et
la dél;ermination du temps d'équilillrre
'adsorlrtion des métaux lou:rds
(Ni't*),
(C.u)
et les colorants(BM)
et(RC)
surle CA
a
étéen uLtilisant
0,5
g
des éclhantillo,nsdu
charbonactif
préparémis en
suspensi.on dans desde li00
ml
de
chaquepolluant
de
concentrationinitiale
C(10,30,100
m{i/l) pour
les klurds et le Rouge Congo et (10,20 ,50mg/l)
çrour leBM.
concentrations des métaux loru
ds
résiduels C1sont
détermineespar
spectrcphotométrieertomique
(SAA)
de {gpeSAA
400 Perl,jnElmer,
tantdis
que
les concentrations ents, sont déterminées par sper:trophotoméhie
U\/-vrs
typeSCHIMADZU
UV-16011.poun;entage d'adsorption du colorant et sa cluantité adsorbée par gramme de r::harbon
actif
r5tt! calculés comme suit :
d'adsorption R en
%*R.=
[100t(C6-
C")l
/Co (8)rté adso,rbée
i 9t
=
[(Co-
Ct)Vl
lm
(e)lir concentration
initiale
en r;olorant(mglL),
la eonr:entration residtrelle en colorant(mgil),
la concentration du colorant àl'éqrrilibre
{md[,}'
dud'a col
V;
le volume de la solution(L)
et m est la masse dle I'adsorbant (g).Les di résultats obtenus sont tracés sous forme de courbe g"or=
f(t).
IIt.3.
.Uffet
dela quantité
deClharbon
actif
Pour l'optimisation
dela
massedu
charbonaatif utilisée, on a
intr<lduit differr,ntes massesr[0, 50 et 60
mg)
de ce chanbon dans 50mL dles solutions de nitrate deNickel
contenant les i2*, d,o dichromate de pota;sium contenant ler; ions duCrftà
concenhation égal,là
100 ppm,une sc,lution du Rouge Cortgo à c'oncentration égale à 80
ppm,
et
une dernière, solution du lvléth'rlène à concentration égaleà
50ppm . L'agitation
est assuréedurant 90, 120,140
et(temps d'équilibre)
pour
le
Nickel,
le
chrome,
le
RC
et Le
BM
respectir,,ernsrl;
tt
arnbiante. Aucun ajuste,ment de pH n'a été
fait.
Ilffet
du
pH
Le
pË[ estun
paramètre essentielii
prendre en compte dans les processus d'adlsorption. Ceagit
àla
fois
surla solubilité
et surl'état
d.'ionisation de l'adsorbant. Pour I'roptimisationnitrate
uns messe de charbon
actif
(0,059) a été introduite dans un vplume(50mL)
des solutions dede
Nickel
contenant les ions du Ni2* , de dichromate de potassium c<rntenant les :ions du Cr6*ac() iorr égale à 100 ppm, et solutiorn du Rouge Congo à conceptration égale à 80
ppm,
et unesolutir:n du Bleu de Méthytène à concentration égale à 50
p!m.
L'adsorption a rjité effectuée(20,3
ions d et Bleu 80min du avons nitrate derni dansàdi
tes virleurs depH
(3,5,7,
10et
ll2)
pendanrt le tempsd'équilibre.
Aucun ajustement de lamasse 'a été
fitit.
Effet
dela fempérafure
Dtms
[e:but
d'examiner I'eftletde
la
températuresur
I'adsorption dersions
deplomb,
nousSlangé une masse de 0,5g rle charbon
actif
avec un volume de S0ml,dans des solutions deNickel
contenant les ions du Ni2-' , de dichromate de potassium contenant les jions du Cr6*a ntration égale à 1Û0 ppm, et rsolution du Rouge Congo à concentration égale à 80 ppm , et une
solution du
Bleu
de Méth54èneà
concentrati,on égaleà
50ppm.
L'adsorption ,pst déroulée températures variées;20"C,30"C,
40 oC et 50 oC; pendant le tempsd'équilibre,
de plus elleest à pH naturel des solutions.
lsothermes
d'adsorptio;n
Les
isothermesd'adsorption sont
souventerploitées
pour
la
détermination dles capacités defixation
des polluantri etpounf
identification
du type d'adsorption. Les ré$ultats traitésmodê:les mathématiques de Langrnuir et Freundlich, elles ont permis de calculef la capacités de l'adsorption ainsi que les pammèfes d'adsorption
Les iso'thennes d'adsorptiont
ont
étré étudiées o'n agitant une mrlss€ dc l'adsorbal$CA
Q06 Sdifférentes solutions polluées de'yolume 50
rnl
et de concentrations initialesQt
(10,2A,30,
150,2!00,250) pour les mé'taux lourds à
pH
neutre,(10,20,30,
50, 70, 100, 1410, 180) àpH
acide à 5 pour le RC et (5, 10,
15,20,25,30,40,50) àpH
basique égale à 10.lfuts
et discussions
III.4.
selon dans 60,I
III.4.1
.
Cara,ctérisation
du
Charbon
arctif
Le Charbon actif obtenu aété caræ;térisé par differentes méthodes physicochimiq;res :
l.Micrroseopir
éMronique.
à balayage (MEB|)La méthode de caractérisation par rnicroscopie électronique à balayage
MEB
noçs permet de la mo.rphologie de la surface du Clirarbon actif;On obsrerve sur les images de la Figure III.2une porositd hès développée sur toute la surface de
l'
illon
ce qui donne une surfaceqÉcifique
importante.Figure
III.jl
: ImageMEB
du charbon actif preparée Surfrace spéci{iqueLa détermination
de
[a surface specifiqræ parla
méthode d€BET
a donruÉ une valeur460
nf
/g, On remarque que Le charbon actif présent une bonne surface spécifique. ITI.4.1ITI.4. .3" Le
point
de chargezêroPH.yvç
La natme de charbon
actif
peut être acide, neutre ou basique selon le PHpzc" celllpr-ci dependaussr ,['orig,ine du précurseur et de la rn'éthode de prreparation (chimique ou physique),1 le PHp2ç est un indical.eur des propriétés chimique et électronique des groupes fonctionnels.
6 T
CL
Figure
IllI.3
: pJFIdu point cle chargezéroP6pzc
'après ces résultats on
remirque
un PHpzc égale à 5,035, doncle
charbonactif
preparé dansde
à un caractère acide.pH
dc la solution est de 4,60 inférrieur à PHp2is montre que le charbonactif
aurar une surfacepositivement ce qui favoris,e I'adsorption des espèces aniedquss.
que si le
pH
dela
solution est inferieur au PHp7c., les groupes fonctionneillp de surface sercxrt protonéspar un
excèsde
pnrtons FI*
de
la
solution, donc
le
support estd' adsorbat chargé négativement.
III.4.
.4. Spe,ctroscopie
infraroruge (F'TIR)
Iæ spectre Infrarouge du
CA
est représenté sur la FigureIII.4.
Ftgurc
IIt.4
:
Specbes deFI|IR
de charbonactif
s o 6 t 6 Ë Eo Ê
I
F FH ,.,o., 22Sur spectre
on
remarqueune
bande d'absorptio.nà l\422
cml
caracteristiquede
la
vibration d'é ion cle l'hydrogène des groupes hydroxyles, des bandes d'absorption apparaissent à 2922 et 2855 'r resultant principalement desvitrations
d'élongation desC-H
aliphatiques" Lrir bande largeà 600 çnt'r esl due au mode de déformation hors du
plan
deC-H
dans des cycles arormatiques.La
situee à.1640 cm-r est habitualleme;nt athibuée aux vibrations d'élongation de C=O des acides ques.
Le
spectre montre (igaleme:ntune
bandeà
ru2T cm-t due arrx vibratioruii des liaisonsles cycles aromatiques.
le
specFe montre aussi une petite bande dansla
rég;ion spectrale 200et
1072 cm-r avec un maximurnà
1150 communément décrite dans les carb,ones oxydés,a
été attribuéeà
l'élongation de
C-O
des acidescarboxyliques.
l-'existence cle toutes cesliai rend
le
charbonactif
int&essant pour des applicat.ions dans les phérromènes de surface telleilt.
lCItudede
I'élimination
rlespollluants
par
le
CA
carbCI
C:C
entreet
elIII.4
Nous dans1.
Elinrinatiron
des métauxlourds
1.1.
Effet
dela concentration initiiale
(a) CA-Ni ,^ --** 4''L-+-_+--+---{ l;+lOmorl Il+.3omcr
I l+- loo msrll 14.4---+-++{(b)
ao 70 55 60 50 45 a0 25 20 t5 10 Æ 4 s so*
€æ 20 40 æ æ tæ 1?o 140 ræ temp(nt an) 2t 40 s ao 100 1æ 140 tæ lao 2@ t@p(min)III.5
: Cinétique de I'adsrorptionL duNickel
r(a) et chrome (b) a diffërents concentrations initialesrous obrservons que I'augmerttation rle la concerrtration
initiale
entraîne ilne augm(rntation dansdes deux métaux-
Celte
étudemontre
quela
quantité adsorbée des deu:rl métaux est pour la forte concentrationinitiale
de 100mElL.
que
l'équilibre
est atteirrt au bout d.e 8ûrnin pour lestrois
concentratiions initialescas de,
Nickel
et
aubout
diel2A
min pour
k:strois
concentrationsinitiales
da.nsle
cas de {Jeci i,ndique que la vitesse' d'adserrption est tres lente. Les quantités maximales adsorbées abre poun
le
Nickel sont
65rng /gpour
100mgll,
18mg/g pour 20mg/Let
5mglg
eI l0mg/L
et
10m
Its
quantites maximales adriorbées al'équilibre
pour le Chrome sont 45mg /g pcrur100mgll,
pour
il0mglL
et 5mg /g et;pour l0rmg/L.Pour
ier
la
cinétique
d'adsolption
,Ces métaux.lourds
Ni
et Cr
on
applique des
modèlescinétique
de pseudo-pnemierordre
(a)
(b)
re
III.6
:
Cinétique d'adsorption d,e pseudo pr,omier-ordre deNickel
(a) et du Chrrome (b)llll.l
:Paramètres du mrdèle cinétique pscudo-premier-ordre
_-"_l
t-lj.t'rhd , r'o.3rS" I . c2,rh/ , R2-or1g! I r c"-ro-or,n:-o-ga1lPseudo
premier ordre
0.81937
19,37 0.0515
0,95112
b.M
g
25 zo 15 to 3 o.Figu
Tabl
èlle
cinétique
de pseudo-deuxièmoordre
(a)ItE-"'**+-.*r_-l
f.ç"-*"er,n2*sml-..
l'
"t',*'rylt""*æ1,-
,./
-t'
./
../
--/t --<--?1=*-F
a,---æ æ s T--"* 1æ rio rrbIlll.7
:
tCinétique d'adsorptio,n de pseudo second-ordre deNickel
(a) et duChrory
(b)u
l[I.2
: comparaison des co;nstantes des modètres cinétiques de pseudo second-ordre etderq. tlÉoriques et expérimentales obtenues pour les deux métaux.
Pseudo second
ordre
Fit
linéaire
lo"
I
(ns/s)
C
(ms/t)
K,
(g/mg.min)
Qe,cal(mdg)
R1Charbon
actif
I{ickel
6,06l0
0.0072 6.64 0.95 19,37 30 0.0028s6 22.02 0.95 64,52 100 0.009487 65.18 0,ggg75Chrome
4,78t0
0.0118 s.26 0.9456 11,52 30 0.00063 18.228 0.91096 40,75lm
4.0û26 42.844 0,999àR
modèle cinétique de 1*'ordre est moins appliquéeS que la cinétique de deuxième ordr