Elaboration d’un adsorbant bio-sourcé à base de fibre naturel :application au traitement des eaux

Abstract

La pollution de l’eau constitue aujourd’hui un défi majeur en raison du rejet de métaux lourds toxiques, de colorants synthétiques, de pesticides, de produits chimiques provenant de diverses industries. Ces composés et spécifiquement les colorant sont considérés comme hautement toxiques en raison de leur caractère cancérogène et des divers troubles de santé qu’ils peuvent engendrer. Les principales sources de pollution en colorants incluent les effluents issus de l’industrie des textiles, des cosmétiques, des plastiques et d’autres procédés industriels. Parmi les différentes technologies disponibles, l’élimination des colorants par adsorption à l’aide de divers adsorbants s’avère être une méthode plus prometteuse et économique. Parmi les adsorbants utilisés, le charbon actif (AC) est bien connu pour sa capacité d’adsorption élevée, grâce à sa grande surface spécifique et son volume poreux important. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été consacrées à la conversion des déchets agricoles ou lignocellulosiques en charbon actif, une technologie qui permet non seulement de résoudre le problème de la gestion des déchets, mais aussi de transformer un déchet potentiel en un produit de valeur pouvant être utilisé pour le traitement des effluents. La sciure de bois, un matériau lignocellulosique, a été sélectionnée comme précurseur pour extraction thermochimique de la lignine en présence de l’éthylène glycol (EG). La préparation de charbon actif à base de lignine-EG a été réalisé par activation chimique à l’aide d’acide phosphorique. L'effet de divers paramètres du procédé tels que le rapport d’imprégnation, le temps d’imprégnation, la température de carbonisation et le temps de maintien sur les caractéristiques poreuses du charbon actif a été étudié. La caractérisation des charbons actifs a été réalisée par isothermes d’adsorption-désorption d’azote à 77 K. La surface spécifique totale, les surfaces spécifiques micro et mésoporeuses, le volume total des pores, les volumes microporeux et mésoporeux, ainsi que la distribution de taille des pores ont été déterminés. Les échantillons LEGH350 et LEGH400 préparé dans les conditions optimales (1 :1 rapport d’imprégnation, 350°C et 400 °C de température de carbonisation et 120 minutes de maintien) présentait une structure hautement microporeuse avec une surface microporeuse de 1230 m²/g et 1323 m2/g et un volume total de 0,5639 cm3/g et 0,6327cm3/g pour LEGH350 et LEGH400 respectivement. La distribution de taille des pores des échantillons dans les conditions optimisées montre une dominance des micropores, avec un diamètre moyen de pore inférieur à 2 nm. L’analyse au microscope électronique à balayage (MEB) a révélé une surface hétérogène ornée de cavités dont la forme et la taille varient ; tandis que l’analyse EDX a mis en évidence la prédominance des éléments carbone et oxygène dans les échantillons. Les groupes fonctionnels présents à la surface des charbons actifs ont été déterminés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les analyses immédiates ont été effectuées à l’aide de méthodes standards. Des études d’adsorption en batch colorants synthétiques Basic Blue 9 (BB9) et du Remazol Brilliant Blue R (RBBR) ont été réalisées sur les charbons activés préparés avec H3PO4. L'effet de divers paramètres comme le pH, la concentration initiale des colorants, la dose d'adsorbant, le temps de contact et la température sur l’efficacité d’élimination des colorants a été étudié. L’analyse des données d’adsorption a été réalisée à l’aide des isothermes de Langmuir, Freundlich, Sips et Redlich–Peterson, permettant d’évaluer les mécanismes d’adsorption et la capacité maximale d’adsorption. Les cinétiques d’adsorption ont été modélisées selon les modèles de pseudo-premier ordre et de pseudo-second ordre. En complément, les mécanismes de diffusion intraparticulaire et de diffusion à travers le film limite ont été étudiés pour mieux comprendre les étapes limitantes du transfert de masse. Enfin, l’effet de la température sur l’adsorption a été évalué, et les paramètres thermodynamiques (ΔG°, ΔH°, ΔS°) ont été calculés.