Etude de l’adsorption des composés organiques et minéraux par des aluminosilicates

Abstract

Notre travail s’est focalisé sur l'étude de l'adsorption de quelques polluants (organiques et inorganiques) contenus dans les eaux de rejets sur deux argiles minérales algériennes modifiées, la Bentonite (B) de Maghniaet la Kaolinite(K) de Annaba. Les modifications sont réalisées par deux tensioactifs : l’hexa-décyletri-méthyle ammonium(HDTMA) et le phényle tri-méthyle ammonium(PTMA), conduisant aux adsorbants : bentonite-HDTMA (B-HDTMA), bentonite-PTMA (B-PTMA), la kaolinite-HDTMA (K-HDTMA) et kaolinite-PTMA (K-PTMA. La caractérisation s’étant réalisée par diffraction des rayons X, la fluorescence à rayons X, la microscopie électronique à balayage et la spectroscopie FTIR. Après la détermination des caractéristiques physiques de nos adsorbants (analyse élémentaire, la surface spécifique, la Capacité d'échange cationique et la distribution de taille des particules), les investigations sont ensuite réalisées sur le temps d'équilibre, l’effet du pH, l’effet de la température et la concentration initiale du phénol, qui nous ont conduits à la mise en évidence du modèle d'adsorption adapté aux isothermes de Langmuir, Freundlich et Dubinin-Radushkivich(DR). Le temps d'équilibre varie entre120-180min. Au vu des valeurs des coefficients de corrélation obtenues, les isothermes de Langmuir et Freundlich s’avèrent les mieux compatibles pour les six systèmes que l’isotherme D.R. L’effet de la température allant de 25à 45°C, montre un accroissement de l'adsorption du phénol selon un processus endothermique. La rétention de certains cations (Cr3+, Cu2+, Ni2+, Pb2+etZn2+), sur les mêmes argiles, a été également évaluée dans ce travail. Les paramètres d’évaluation sont les mêmes que ceux estimés pour le cas du phénol. Le taux d’élimination des dix systèmes étudiés augmente avec l'augmentation du pH. Les isothermes d'adsorption de ces cations métalliques sur chacune des deux argiles naturelles sont étudiées en utilisant les modèles de Langmuir, Freundlich et D.R.A partir des valeurs de la capacité de saturation, qmax, nous avons établi l'ordre de la capacité d'adsorption de ces cations en fonction du type de l’argile : pour la Bentonite, nous avons obtenu Pb2+> Cr3+> Cu2+> Zn2+ > Ni2+ ; tandis que pour la Kaolinite l’ordre est : Cu2+> Pb2+> Zn2+ > Ni2+> Cr3+. De ces résultats, il ressort que la kaolinite est meilleurepour l'éliminationdeCu2+, Pb2+,Zn2+ et le Ni2+del’eau et quela bentoniteest meilleurepour l'élimination de Cr3+. Lesvaleurs d’enthalpie libre et d’entropie estimées dans ce travail indiquent que l'adsorptiondu phénolet des métaux estun processus spontané. L'utilisation d'une cascade d'adsorbantsminéraux d’argile algérienne naturelle, peut être confirmée comme étant le remède adéquat pour résoudre le problème d’interférences entre les différents polluants.

Our work focused on the adsorption of some pollutants (organic and inorganic) contained in the discharge waters on two modified Algerian mineral clays, Bentonite (B) of Maghnia and Kaolinite (K) of Annaba. The modifications are carried out by two surfactants: hexa-decyltri-methylammonium (HDTMA) and phenyltri-methylammonium (PTMA), leading to the adsorbents: bentonite-HDTMA (B-HDTMA), bentonite-PTMA (B-PTMA), kaolinite- HDTMA) and kaolinite-PTMA (K-PTMA). The characterization was carried out by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy and FTIR spectroscopy. After determining the physical characteristics of our adsorbents (elemental analysis, surface area, cation exchange capacity and particle size distribution). The investigations are then carried out on the equilibrium time, the effect of the pH. The effect of temperature and the initial concentration of phenol, which led us to the identification of the adsorption model adapted to the isotherms of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkivich (DR). The equilibrium time varies between 120-180 min. In view of the values of the correlation coefficients obtained, the Langmuir and Freundlich isotherms prove to be the most compatible for the six systems that the DR isotherm. The effect of the temperature ranging from 25 to 45 ° C. shows an increase of Adsorption of the phenol by an endothermic process. The retention of certain cations (Cr3+, Cu2+, Ni2+, Pb2+etZn2+), on the same clays was also evaluated in this work. The evaluation parameters are the same as those estimated for the case of phenol. The elimination rate of the ten systems studied increases with increasing pH. The adsorption isotherms of these metal cations on each of the two natural clays are studied using the Langmuir, Freundlich and DR models. From the values of the saturation capacity, qmax, Adsorption of these cations according to the type of the clay: for Bentonite, we obtained Pb2+> Cr3+> Cu2+> Zn2+ > Ni2+ ;whereas for Kaolinite the order is: Cu2+> Pb2+> Zn2+ > Ni2+> Cr3+.From these results, it appears that kaolinite is better for the removal of Cu2+, Pb2+,Zn2+and le Ni2+from water and that bentonite is better for removing Cr3+. The values of free enthalpy and entropy estimated in this work indicate that the adsorption of phenol and metals is a spontaneous process. The use of a cascade of mineral adsorbents of natural Algerian clays can be confirmed as the appropriate remedy to solve the problem of interferencesbetweendifferentpollutants.