Étude thermodynamique et cinétique de l'adsorption des polluants organiques sur Charbon Actif

Abstract

Ce mémoire porte sur l’étude expérimentale de l’adsorption de deux colorants organiques, l’Acide Rouge 14 (AR14) et le Vert de Malachite (VM), sur un charbon actif enrichi en nanoparticules. L’influence de paramètres opératoires tels que le temps de contact, la dose d’adsorbant, le pH et la température a été évaluée afin d’optimiser l’efficacité de décoloration. L’analyse cinétique, appuyée sur les modèles du pseudo-premier ordre, du pseudo-deuxième ordre et de la diffusion intra-particulaire, a mis en évidence que le processus est majoritairement contrôlé par la chimisorption. Les études thermodynamiques ont révélé que l’adsorption est spontanée (ΔG < 0) et endothermique (ΔH > 0). Les isothermes expérimentaux ont été ajustés aux modèles de Langmuir, Freundlich et Temkin. Les résultats montrent que l’AR14 s’accorde le mieux au modèle de Langmuir (R2 = 0,9940 ; qm = 11,8 mg/g), traduisant une adsorption homogène et limitée, tandis que le VM suit davantage le modèle de Freundlich (R2 = 0,9875 ; n = 1,682), révélant une adsorption favorable sur une surface hétérogène, avec une capacité élevée (qm = 353,1 mg/g). Ces résultats confirment le potentiel du charbon actif enrichi comme matériau efficace pour l’élimination de polluants organiques en milieu aqueux. Mots-clés : Adsorption ; Charbon actif ; Nanoparticules ; Isothermes ; Polluants organiques ; Traitement des eaux. Abstract This dissertation presents the experimentalstudy of the adsorption of twoorganicdyes, Acid Red 14 (AR14) and Malachite Green (VM), onto activatedcarbonenrichedwithnanoparticles. The influence of operationalparameterssuch as contact time, adsorbent dose, pH, and temperaturewasevaluated in order to optimize the decolorizationefficiency. Kineticanalysis, based on pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intra-particle diffusion models, ix demonstratedthat the process ispredominantlycontrolled by chemisorption. Thermodynamicstudiesrevealedthat the adsorption isspontaneous (ΔG < 0) and endothermic (ΔH > 0). The experimentalisothermswerefitted to the Langmuir, Freundlich, and Temkin models. The resultsindicatedthat AR14 follows the Langmuir model (R2 = 0.9940; qm = 11.8 mg/g), suggesting a homogeneous and limitedmonolayer adsorption, while VM fitsbetterwith the Freundlich model (R2 = 0.9875; n = 1.682), highlighting a favorable adsorption on a heterogeneous surface with high capacity (qm = 353.1 mg/g). Thesefindingsconfirm the potential of nanoparticle-enrichedactivatedcarbon as an efficient material for the removal of organicpollutantsfromaqueous media. Keywords: Adsorption ; Activatedcarbon; Nanoparticles; Isotherms; Organicpollutants; Water treatment. الملخص یتناول ھذا البحث دراسة تجریبیة لامتصاص صبغتین عضویتین، حمض الأحمر 14 (14AR( والأخضر المالاكیت(VM (، ّ على فحم نشط مدعم بجسیمات نانویة. تم تقییم تأثیر بعض العوامل التشغیلیة مثل زمن التلامس، وجرعة الماص، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، بھدف تحسین كفاءة إزالة اللون. أظھرت الدراسة الحركیة، بالاعتماد على نماذج الرتبة الأولى الكاذبة، والرتبة الثانیة الكاذبة، ً الامتزاز. ّ كما بینت الدراسة الثرمودینامیكیة أن والا ّ نتشار داخل الجسیمات، أن العملیة تھیمن علیھا كیمیائیا الامتزاز تلقائي (0 > ΔG (وماص للحرارة .(0 < ΔH (وتمت مطابقة النتائج مع نماذج لانغمویر، فروندلشوتیمكین. ّ وقد أظھرت النتائج أن الامتزاز بالنسبة لحمض الأحمر 14 یتوافق مع نموذج لانغمویر 0.9940 = ؛ (g/mg 11.8 = qmمما یشیر إلى امتزاز محدود ومتجانس في طبقة واحدة، بینما یتبع 2R( 0.9875 = ؛(1.682 = n ، مما یدل على امتزاز 2 الأخضر المالاكیت نموذج فروندلش بشكل أفضل R( ملائم على سطح غیر متجانس وبسعة عالیة .(g/mg 353.1 = qm (وتؤكد ھذه النتائج فعالیة الفحم ّ النشط المدعم بالجسیمات النانویة كمادة واعدة لإزالة الملوثات العضویة من الوسط المائي. الكلمات المفتاحیة : الامتزاز؛ الفحم النشط؛ الجسیمات النانویة؛ متساویات الامتزاز؛ الملوثات العضویة؛ معالجة المیاه.