Effet de la modification du charbon actif par nanoparticules d’oxydes métalliques sur l’élimination du vert de malachite : étude cinétique, isotherme et thermodynamique

Abstract

تتناول هذه الدراسة إزالة صبغة أخضر الماالكيت من المحاليل المائية بواسطة عملية االمتزاز باستخدام مادتين ما ّزتين: الفحم النشط غير المعدل (CA (والفحم النشط المعدل بأكاسيد معدنية .(M-CA (تمت دراسة تأثير عدة عوامل تشغيلية على أداء دة الما (pH (، وزمن التالمس، والتركيز االبتدائي للصبغة، ّز االمتزاز، بما في ذلك جرعة الما ة، والرقم الهيدروجيني للمحلول ودرجة الحرارة. أظهرت النتائج التجريبية أن الظروف المثلى لالمتزاز تختلف حسب طبيعة المادة الما -CA (ّزة. بالنسبة للفحم النشط المعدل (M، تم الحصول على أفضل أداء عند جرعة مقدارها 1غ/لتر ودرجة حموضة10 = pH ، بينما بالنسبة للفحم النشط غير المعدل(CA (، تحققت الظروف المثلى عند جرعة 0.8غ/لتر و 8. = pHوقد تم الوصول إلى حالة التوازن بعد 45دقيقة لكال المادتين الما 500ملغ/غ للفحم النشط المعدل (M-CA (و 333.3ملغ/غ للفحم ّزتين. كما بلغت السعة القصوى لالمتزاز النشط غير المعدل(CA (، مما يبرز التحسن الملحوظ في كفاءة االمتزاز بعد التعديل بأكاسيد المعادن. أظهرت دراسة متساويات االمتزاز أن نموذج النغموير هو األكثر مالءمة لوصف سلوك النظام المدروس، مما يشير إلى ا حدوث امتزاز أحادي الطبقة على سطح متجانس. كما بينت الدراسة الحركية أن نموذج المرتبة الثانية الزائفة هو األكثر توافقً مع النتائج التجريبية. باإلضافة إلى ذلك، أكدت الدراسة الثرموديناميكية الطبيعة التلقائية لعملية االمتزاز، حيث تبين أن العملية طاردة للحرارة بالنسبة للفحم النشط المعدل (M-CA (وماصة للحرارة بالنسبة للفحم النشط غير المعدل.(CA( الكلماتالمفتاحية:الفحم النشط، الفحم النشط المعدل، أخضر الماالكيت، معالجة مياه الصرف الصحي، العملية ال ُدفعية )النظام الدفعي(. Résumé Cette étude porte sur l’élimination du vert de malachite à partir de solutions aqueuses par adsorption sur deux matériaux adsorbants : un charbon actif non modifié (CA) et un charbon actif modifié par des oxydes métalliques (CA-M). L’influence de plusieurs paramètres opératoires sur les performances d’adsorption a été étudiée, notamment la dose d’adsorbant, le pH de la solution, le temps de contact, la concentration initiale du colorant et la température. Les résultats expérimentaux ont montré que les conditions optimales d’adsorption diffèrent selon la nature de l’adsorbant. Pour le charbon actif modifié (CA-M), les meilleures performances ont été obtenues avec une dose adsorbante de 1 g L-1 à pH = 10, tandis que pour le charbon actif non modifié (CA), les conditions optimales correspondent à une dose de 0,8 g L -1 et un pH = 8. Le temps d’équilibre a été atteint après 45 min pour les deux matériaux. Les capacités maximales d’adsorption obtenues étaient respectivement de 500 mg g-1 pour le CAM et de 333,3 mg g-1 pour le CA, mettant en évidence l’amélioration significative des performances adsorbantes après modification par les oxydes métalliques. IV L’étude des isothermes d’adsorption a révélé que le modèle de Langmuir décrit le mieux le comportement du système étudié, indiquant une adsorption en monocouche sur une surface homogène. L’analyse cinétique a montré que le modèle du pseudo-second ordre fournit le meilleur ajustement aux données expérimentales. Par ailleurs, l’étude thermodynamique a confirmé le caractère spontané du procédé d’adsorption, qui s’est révélé exothermique pour le CA-M et endothermique pour le CA. Mots-clés : Adsorption, charbon actif, Charbon Actif modifié, Vert de Malachite, Traitement des Eaux, Procédé Batch. Abstract This study investigates the removal of malachite green from aqueous solutions through adsorption using two adsorbent materials: unmodified activated carbon (AC) and activated carbon modified with metal oxides (AC-M). The influence of several operating parameters on adsorption performance was examined, including adsorbent dosage, solution pH, contact time, initial dye concentration, and temperature. The experimental results showed that the optimum adsorption conditions varied depending on the type of adsorbent. For the modified activated carbon (AC-M), the highest adsorption performance was achieved at an adsorbent dosage of 1 gL-1 and pH = 10, whereas for the unmodified activated carbon (AC), the optimum conditions were obtained at a dosage of 0.8 gL-1 and pH = 8. Equilibrium was reached after 45 min for both adsorbents. The maximum adsorption capacities were found to be 500 mg g-1 for AC-M and 333.3 mgg-1 for AC, highlighting the significant enhancement in adsorption performance after modification with metal oxides. Adsorption isotherm analysis revealed that the Langmuir model provided the best fit for the experimental data, suggesting monolayer adsorption on a homogeneous surface. Kinetic studies indicated that the pseudo-second-order model was the most suitable for describing the adsorption process. Furthermore, thermodynamic analysis confirmed the spontaneous nature of the adsorption process, which was found to be exothermic for AC-M and endothermic for AC. Keywords: Adsorption, Activated Carbon, M-Activated Carbon, Malachite Green, Wastewater Treatment, Batch Process