Adsorption d'ions fluorures sur une matrice organique : Cas du charbon préparé à partir de la Coquille des OEufs et des Os

Abstract

L'étude menée avait pour objectif d'examiner les concentrations des ions fluorures (F-) et leur distribution dans les eaux souterraines de la région du sud-est de l'Algérie. En outre, elle visait à trouver une alternative économique aux adsorbants traditionnellement utilisés pour l’adsorption des ions F- de l'eau. Pour cela, des coquilles d'oeufs et des os de bovins ont été utilisés comme précurseurs pour la préparation des adsorbants. Les résultats ont révélé que les forages échantillonnés avaient des concentrations de F- allant de 0,83 à 2,14 mg/l, avec une moyenne de 1,45 mg/l. De plus, 38% des 21 forages ont présenté des teneurs en F- supérieures à 1,5 mg/l. Pour préparer les adsorbants, les précurseurs ont été broyés et tamisés en cinq granulométries (0,2, 0,5, 1,0, 1,5 et 2 mm), puis chauffés à différentes températures allant de 100 à 250 °C. Les caractéristiques des adsorbants ont été étudiées à l'aide d'analyses DRX, IRTF, pHpzc, SEM, EDX, BET et ATG/ATD. Des expériences d'adsorption par lots ont été effectuées pour déterminer la capacité d'adsorption des adsorbants en fonction de la granulométrie, de la température de préparation, du temps de contact et de la dose de l’adsorbant. Les résultats ont montré que la poudre d'os et de coquille d'oeuf chauffée à 250 °C avec une granulométrie de 0,2 mm (PO250°0.2 et CO250°0.2) étaient les adsorbants les plus efficaces. Ces derniers ont permis une élimination du F- de 96,2% et de 51,4% pour la PO 250°0.2 et la CE 250°0.2 respectivement, une capacité d'adsorption maximale de 0,103 mg/g pour la PO 250°0.2 et de 0,052 mg/g pour la CO250°0.2 avec une concentration résiduelle de F- de 0,08 mg/l et de 1 mg/l en 480 min et en 150 min, respectivement. Le modèle du pseudo-second ordre s’est parfaitement adapté aux données de la cinétique d’adsorption avec un coefficient de détermination satisfaisant de R2 = 0,998 pour la PO250°0.2 et R2 = 0,993 pour la CO250°0.2. Les résultats du modèle de diffusion intra-particulaire ont révélé que la diffusion du F- à travers les adsorbants se faisait en deux étapes avec des constantes de vitesse de diffusion de Ki = 0,005 mg/g/min1/2 et Ki = 0,007 mg/g/min1/2 pour la première étape de diffusion à travers la PO250°0,2 et la CO250°0,2, respectivement. Les constantes de vitesses de diffusion de la deuxième étape étaient de Ki = 0,001 mg/g/min1/2 pour les deux adsorbants. Enfin, une dose de 1,5 g de PO250°0.2 et de CO250°0.2 et un temps de contact d'une heure ont suffi pour réduire la concentration de F- de 2,14 à 0,2 mg/l et à 1 mg/l, respectivement.

الهدف من الدراسة التي أجريت هو فحص تركيزات الفلوريد وتوزيعها في المياه الجوفية في المنطقة الجنوبية الشرقية من الجزائر. بالإضافة إلى ذلك ، إيجاد بديل إقتصادي للمواد المازة المستخدمة تقليديا لإمتصاص الفلوريد من الماء. و لهذا، تم إستخدام قشر البيض وعظام الأبقار كمواد أولية لإعداد المواد المازة. كشفت النتائج أن الآبار التي تم أخذ عينات منها تحتوي على تركيزات الفلوريد تتراوح من 0,83 إلى 2,14 مغ/ل، بمتوسط 1,45 مغ/ل. وبالإضافة إلى ذلك ، أظهرت النتائج أن نسبة 38% من 21 بئرا تحتوي على تركيزات الفلوريد أكبر من 1,5 مغ/ل. لإعداد المواد المازة، تم طحن المواد الاولية وغربلتها إلى خمسة أحجام للجسيمات ) 0,2 ، 0,5 ، 1 ، 1,5 و 2 مم(، ثم تم تعريضها في درجات حرارة مختلفة تتراوح بين 100 إلى 250 م°. تمت دراسة خصائص المواد المازة بإستخدام تقنيات تحليلية مثل حيود الأشعة السينية، مطيافية فورييه لتحويل الأشعة تحت الحمراء، الأس الهيدروجيني عند نقطة التكافؤ، المجهر الإلكتروني الماسح، مطيافية تشتت الطاقة بالأشعة السينية، نظرية بروناور وإيميت وتيلر، التحليل الحراري الوزني والتحليل الحراري التفاضلي. تم إجراء تجارب الإمتزاز لتحديد قدرة إمتزاز الفلوريد من طرف المواد المازة تحت تأثير عدة عوامل كحجم الجسيمات المازة ودرجة حرارة التحضير المواد المازة ووقت التلامس بين المُمتَز والمادة المازة وأخيرا كمية المواد المازة. أظهرت النتائج أن العظام ) PO250°0.2 ( وقشر البيض ) CO250°0.2 ( ذات حجم الجسيمات يساوي 0,2 مم والتي تعرضت في درجة حرارة 250 م° كانت المواد المازة الأكثر فعالية. سمحت هذه المواد المازة بإزالة الفلوريد بنسبة 2,96% و 4,51% على التوالي، بلغت قدرة الإمتزاز القصوى للمواد المازة حدود 103,0 مغ/غ و 0,052 مغ/غ على التوالي. كما بلغ تركيز الفلوريد المتبقي 0,08 مغ/ل و 1 مغ/ل خلال 480 دقيقة و 150 دقيقة على التوالي. نمذجة حركية الإمتزاز، أثبتت أن نموذج شبه الدرجة الثانية يطابق ويصف بدقة بيانات حركية الإمتزاز وظهر ذللك من خلال قيمة معاملات الإرتباط ) 2R ) 998,0 و 993,0 لكل من ) PO250°0.2 و 250°0.2OC ( على التوالي. كشفت نتائج نموذج الإنتشار داخل الجسيمات أن إنتشار الفلوريد داخل المواد المازة، تم في خطوتين. ثوابت معدل الخطوة الاولى للإانتشار داخل المواد المازة ) PO250°0.2 و 250°0.2OC ( قدر ب 005,0 مغ/غ/دقيقة 1 / 2 و 007,0 مغ/غ/دقيقة 1 / 2 على التوالي، وثوابت معدل الخطوة الثانية الإنتشار قدر ب 0.001 مغ/غ/دقيقة 1 / 2 لكلتا المادتبن. وأخيرا، بينت الدراسة أن تركيز 1,5 غرام من كلتا المواد المازة ) PO250°0.2 و CO250°0.2 ( وزمن تلامس يقدر بساعة واحدة كانا كافيان لتقليص تركيز الفلوريد من 2,14 إلى 0,2 مغ/ل وإلى 1 مغ/ل، على التوالي.