Synthèse de nouveaux matériaux silicatés pour la dépollution des eaux

Abstract

Résumé Les industries agricoles et alimentaires (ou agroalimentaires) ont pour objet la transformation, l'exploitation et le conditionnement des produits d'origine agricole en denrées alimentaires destinées à la consommation humaine et animale. Parmi ces activités, nous nous sommes intéressés au raffinage de l‘huile et plus particulièrement à une de ses opérations : la décoloration. Cette phase du raffinage de l‘huile brute génère un déchet qui est la terre décolorante. C‘est dans ce cadre que s‘inscrit notre travail visant la valorisation d‘un sous-produit de l‘industrie oléicole pour une application dans le traitement des eaux. La terre décolorante usagée (TDU) est un déchet ayant un effet négatif du point de vue impact environnemental. D‘une part, il peut s‘infiltrer dans le sol et contaminer les eaux souterraines, d‘autre part, son stockage en plein air pourrait causer une combustion spontanée. Nous avons étudié la valorisation de la TDU issu de la raffinerie des huiles AFIA dans la région de l‘Ouest algérien. Le déchet a été d‘abord brulé pour éliminer les traces d‘huile (AW) et ensuite activé thermiquement (AWH) et chimiquement (AWC). Les matériaux obtenus présentent des propriétés absorptives fort intéressantes avec des surfaces spécifiques de 194,2 ; 784,6 et 888,5 m2 g-1 pour AW, AWH et AWC respectivement. L‘analyse effectuée sur ces matériaux a révélé que ces derniers sont des aluminosilicates, composés essentiellement de montmorillonite, de quartz, de calcite, d‘illite et de dolomite. Les trois matériaux ont été utilisés pour l‘élimination de deux colorants en solution aqueuse, le bleu de méthylène (BM) et l‘orange II (AO7). Leur élimination a été obtenue selon un mécanisme de physisorption. Au cours de nos expériences, nous avons étudié le temps de contacte, l'effet de la quantité d'adsorbant et de pH, etc. Les valeurs optimales ont été déterminées pour les deux colorants pour chacun des trois matériaux. L'optimisation des conditions de fonctionnement a permis d'obtenir des taux de décoloration dans la gamme de 93 à 97% pour l'AO7 et 100% pour le BM. Le modèle de Langmuir simule mieux les isothermes d‘adsorption pour les deux colorants, traités en présence des trois matériaux AW, AWH, AWC. Dans le cas du BM traités par les trois matériaux, les valeurs de la constante KL sont de 0,01 ; 0,06 ; 0,013 avec une capacité maximale d‘adsorption b = 123,34 ; 185,18 ; 188,67 mg/g.Le traitement de l'AO7 donne les résultats suivants : KL = 0,110 ; 0,170 ; 0,60 et b = 14,28 ; 20,66 ; 25 mg/g respectivement pour les matériaux AW, AWH, AWC. Le matériau non traité (AW) et ceux qui ont été activés (AWH, AWC.)présentent une capacité moyenne d‘adsorption de l'AO7 comparé avec les résultats trouvés dans la littérature. Néanmoins, nos matériaux sont plus intéressants car leur synthèse est plus économique. La réaction d‘adsorption des deux colorants suit une loi cinétique d‘ordre 2avec une quantité maximale adsorbée q max= 4,8 ; 6,14 ; 14,22 mg/g et une constante de vitesse initiale k = 0,02 ; 0,01 ; 0,15 g. mg-1.min-1 pour l'AO7 en présence des trois matériaux AW, AWH, AWC. Pour le BM q max= 26,31 ; 35,71 ; 41,66 mg/g et k = 0,11 ; 0,98 ; 0,19 g. mg-1.min-1pour AW, AWH, AWC respectivement. La capacité d‘adsorption à une concentration initiale de 100 mg l-1confirme l‘hypothèse de la cinétique, puisque la valeur obtenue graphiquement correspond à celle trouvée expérimentalement. Les paramètres thermodynamique (ΔG, ΔS et ΔH) ont été également évalués Notre travail a permis de modifier un déchet industriel alimentaire dangereux pour l‘environnement en matériau adsorbant appliqué à la dépollution des eaux usées. La valorisation d‘un déchet associée à une utilisation dans le traitement des eaux permet un double bénéfice économique et environnemental.

Abstract The agricultural and alimentary industries(or agro-alimentary) have as an aim the transformation, the exploitation and the conditioning of the products of agricultural origin in foodstuffs intended for human and animal consumption. Among these activities, we are interested in therefining of oil and more particularly in one of its operations: discoloration. This phase of the refining of crude oil generates a waste which is the bleaching ground. It is within this framework, that our work aiming at, is registered the valorization of a by-product of olive-growing industry for an application in the water treatment. The worn bleaching ground (TDU) is a waste having a negative effect from the environmental impact point of view. On the one hand, it can infiltrate in the ground and contaminate subterranean water; on the other hand, its storage in the open air could cause a spontaneous combustion. The worn bleaching ground (TDU) is a waste having a negative effect from the environmental impact point of view. On the one hand, it can infiltrate in the ground and to contaminate subterranean water, on the other hand, its storage in the open air could cause a spontaneous combustion. We have studied the valuation of TDU from the AFIA oil refinery (AIA) in the western region of Algeria. The waste was first burned to remove traces of oil (AW) and then activated thermally (AWH) and chemically (AWC). The materials obtained have very interesting absorptive properties with specific surfaces of 194.2,784.6 and 888.5 m2 g-1 for AW, AWH and AWC respectively. The analysis carried out on these materials revealed that the latter are aluminosilicates, essentially composed of montmorillonite, quartz, calcite, illite and dolomite. The three materials were used to remove two dyes in aqueous solution, methylene blue (BM) and orange II (AO7). Their elimination was obtained by a physisorption mechanism During our experiments, we studied the effect of the amount of adsorbent and pH, etc., the optimum values were determined for the two dyes for each of the three materials. Optimization of the operating conditions made it possible to achieve discoloration rates in the range of 93 to 97% for AO7 and 100% for BM. The Langmuir model better simulates the adsorption isotherms for the two dyes, treated in the presence of the three materials AW, AWH, AWC. In the case of the BM treated by three materials, the values of the constant KL are of 0.01; 0.06; 0.013 with a maximum capacity of adsorption B = 123.34; 185.18; 188.67 mg/g. The treatment of AO7 gives the following results: KL = 0.110; 0.170; 0.60 and B = 14.28; 20.66; 25 mg/g respectively for materials AW, AWH, AWC. The material untreated (AW) and those which were activated (AWH, AWC) have an average capacity of adsorption of AO7 compared with the results found in the literature. Nevertheless, our materials are more interesting because their synthesis is more economic. The reaction of adsorption of the two dyes follows a kinetic law of order 2 with an adsorbed maximum quantity Q max=4.8; 6.14; 14.22 mg/g and a constant initial speed for adsorption K = 0.02; 0.01; 0.15 g. mg-1.min-1 for AO7 in the presence of three materials. For the BM Qmax= 26.31; 35.71; 41.66 mg/g and K = 0.11; 0.98; 0.19 g. mg-1.min-1 in the presence of the three materials respectively AW, AWH, AWC. The capacity of adsorption to an initial concentration of 100 mg l-1 confirms the assumption of the kinetics, since the value obtained graphically corresponds to that found in experiments. The parameters thermodynamics (ΔG, ΔS and ΔH) were also evaluated. Our work made it possible to modify a dangerous food industrial waste for adsorbent the material environment applied to the dépollution of waste water. The valorization of a waste associated with a use in the water treatment, allows a double economic and environmental benefit.