Préparation d’un charbon actif à porosité contrôlée pour le traitement des eaux usées

Abstract

Cette étude porte sur la préparation de charbon actif à partir de cônes de pin en utilisant une activation par l'hydroxyde de potassium (KOH) pour l’élimination des pesticides dans l’eau. Deux méthodes d’activation ont été comparées : un procédé en une seule étape et une procédure en deux étapes. Les résultats ont montré que l’activation en deux étapes a produit un charbon actif avec une porosité plus élevée et de meilleures propriétés d'adsorption. Les matériaux les plus performants étaient : K-AC2, préparé dans un four à moufle, et AC2', préparé dans un four tubulaire sous atmosphère d'azote. K-AC2 a présenté un rendement de 72,25 %, une surface BET de 430,504 m2g-1, un indice d’iode de 666,38 mg g-1, et un indice de bleu de méthylène de 72,77 mg g-1, indiquant une structure microporeuse bien développée. AC2' a affiché une surface microporeuse plus élevée de 1039,22 m2 g-1, un indice d’iode de 888,51 mg g-1, et un rendement de 72,57 %, ce qui en fait le matériau le plus microporeux. Les expériences d'adsorption ont démontré que ces charbons activés éliminent efficacement les herbicides des solutions aqueuses. Pour l'acide para-chlorophénoxyacétique (P-CPA), K-AC2 a atteint une capacité maximale d'adsorption de 266,5 mg g-1, tandis que AC2' a atteint 284,8 mg g-1. Pour le Linuron (Lin), K-AC2 a atteint 43,76 mg g-1, tandis que AC2' a atteint 62,37 mg g-1. L’étude des isothermes d’adsorption a été réalisée à l’aide de plusieurs modèles (Langmuir, Freundlich, Temkin, Dubinin-Radushkevich et Redlich-Peterson), et l’étude cinétique a montré que l’adsorption suivait un modèle cinétique du pseudo-second ordre, confirmant de fortes interactions entre l’adsorbant et les polluants. Les études thermodynamiques ont révélé que l’adsorption du P-CPA était spontanée et endothermique pour les deux charbons activés, tandis que l’adsorption du Lin était exothermique pour AC2' mais endothermique pour K-AC2. Une étude de désorption a montré que K-AC2 pouvait être régénéré avec un taux de désorption de 69,72%, démontrant son potentiel de réutilisation sur plusieurs cycles. Ces résultats soulignent que le charbon actif dérivé des cônes de pin, en particulier AC2', est un matériau prometteur pour l’élimination des herbicides et le traitement durable des eaux usées.