Charbon actif issu de graines de Lawsonia inermis (Ouargla) : synthèse et caractérisation

Abstract

في هذا العمل العلمي، تم تحضير الكربون المنشط من ثمار الحناء، المتوفرة بكثرة في الصحراء الجزائرية، وخاصةً في واحات ورقلة، وذلك بهدف تثمين الموارد الطبيعية المحلية. استُخدمت ثلاثة عوامل كيميائية منشطة أثناء التحضير: هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، وحمض الفوسفوريك (H₃PO₄)، وكلوريد الزنك (ZnCl₂)، مع عملية كربنة أُجريت على درجتي حرارة مختلفتين (550 درجة مئوية و650 درجة مئوية) لمدة ساعة ونصف، لدراسة تأثير درجة الحرارة على خصائص الكربون المنشط الناتج, أظهرت النتائج أن إنتاج الفحم المُحضّر عند درجة حرارة 550 مئوية تراوح بين 13.39% و 42.9%، بينما تراوح عند درجة حرارة 650 مئوية بين 15.54% و45.34 %. وتراوح محتوى الرطوبة عند درجة حرارة 550 مئوية بين 3.64 % 22.5 %، بينما تراوح عند درجة حرارة 650 مئوية بين 7.35% و19.44%. وتراوح نسبة الاحتراق عند درجة حرارة 550 مئوية بين 57.06% و 86.61%، وانخفض قليلاً عند درجة حرارة 650 مئوية، ليتراوح بين 54.64% و 84.46%. أما الكثافة الظاهرية، فقد تراوحت بين 0.1339 و0.429 عند درجة حرارة 550 مئوية، مقارنةً بـ 0.155 و0.453عند درجة حرارة 650 مئوية, كشف التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) عن وجود العديد من المجموعات الوظيفية المميزة للكربون المنشط المُنشَّط بالعوامل الثلاثة. عند درجة حرارة 550 درجة مئوية، أظهر الكربون المنشط بـ KOH اهتزازات تمدد للحلقات العطرية والإسترات والألكانات والكحولات؛ بينما أظهر الكربون المنشط بـ ZnCl₂ مجموعات الإيثر والإستر والكحول؛ بينما كشف الكربون المنشط بـ H₃PO₄ عن حلقات عطرية وألكانات وكحولات. عند درجة حرارة 650 درجة مئوية، احتوى الكربون المنشط بـ KOH على مجموعات الإيثر والإستر والألكان والكحول؛ بينما احتوى الكربون المنشط بـ ZnCl₂ على كربونيلات وحلقات وإيثرات وكحولات؛ بينما كشف الكربون المنشط بـ H₃PO₄ عن وجود إسترات وحلقات عطرية وكحولات وألكانات.

In this scientific work, activated carbon was prepared from henna fruits, which are abundantly available in the Algerian desert, especially in the oases of Ouargla, as part of an effort to valorize local natural resources. Three chemical activating agents were used in the preparation process: potassium hydroxide (KOH), phosphoric acid (H₃PO₄), and zinc chloride (ZnCl₂). The carbonization was carried out at two different temperatures (550 °C and 650 °C) for a duration of one and a half hours, in order to study the effect of temperature on the properties of the resulting activated carbon, The results showed that the yield of activated carbon prepared at 550 °C ranged between 13.39 % and 42.9 %, while at 650 °C it ranged between 15.54 % and 45.34 %.The moisture content at 550 °C was between 22.5 % and 3.64 %, whereas at 650 °C it varied between 7.35% and 19.44 %. The ash content at 550 °C ranged from 57.06% to 86.61%, and slightly decreased at 650 °C, ranging from 54.61% to 84.46%. The bulk density ranged between 0.1339 and 0.429 at 550 °C, while at 650 °C it varied between 0.155 and 0.453 , FTIR (Fourier Transform Infrared) spectroscopy analysis revealed the presence of several functional groups characteristic of activated carbon prepared with the three activating agents. At 550 °C, KOH-activated carbon showed stretching vibrations corresponding to aromatic rings, esters, alkanes, and alcohols; ZnCl₂-activated carbon exhibited ether, ester, and alcohol groups; and H₃PO₄-activated carbon showed aromatic rings, alkanes, and alcohols. At 650 °C, KOH-activated carbon presented ether, ester, alkane, and alcohol groups; ZnCl₂-activated carbon revealed carbonyls, rings, ethers, and alcohols; while H₃PO₄-activated carbon exhibited esters, aromatic rings, alkynes, alcohols, and alkanes.

Dans ce travail scientifique, du charbon actif a été préparé à partir des fruits du henné, abondamment disponibles dans le désert algérien, notamment dans les oasis de Ouargla, dans une démarche de valorisation des ressources naturelles locales. Trois agents chimiques activateurs ont été utilisés lors de la préparation : l’hydroxyde de potassium (KOH), l’acide phosphorique (H₃PO₄) et le chlorure de zinc (ZnCl₂), avec une opération de carbonisation effectuée à deux températures différentes (550 °C et 650 °C) pendant une durée d’une heure et demie, afin d’étudier l’effet de la température sur les propriétés du charbon actif obtenu , Les résultats ont montré que le rendement du charbon préparé à 550 °C variait entre 13.39 % et 42.9 %, tandis qu’à 650 °C, il variait entre 15.54 % et 45.34 %. L’humidité enregistrée à 550 °C se situait entre 22.5 % et 3.64 %, alors qu’à 650 °C, elle était comprise entre 19.44 % et 7.35 %. Le taux de cendres était compris entre 57.06 % et 86.61 % à 550 °C, et a légèrement diminué à 650 °C, allant de 54,65 % à 84,46 %. La densité apparente, quant à elle, variait entre 0.1339 et 0.298 à 550 °C, contre 0.155 à 0.453 à 650 °C, L’analyse spectroscopique par infrarouge (FTIR) a révélé la présence de plusieurs groupes fonctionnels caractéristiques du charbon actif activé par les trois agents. À 550 °C, le charbon activé par KOH présentait des vibrations d’élongation des cycles aromatiques, des esters, des alcanes et des alcools ; celui activé par ZnCl₂ montrait des groupements éther, ester et alcool ; tandis que celui activé par H₃PO₄ révélait des cycles aromatiques, des alcanes et des alcools. À 650 °C, le charbon activé par KOH contenait des groupements éther, ester, alcane et alcool ; celui activé par ZnCl₂ présentait des carbonyles, cycles, éthers et alcools ; enfin, celui activé par H₃PO₄ révélait la présence d’esters, cycles aromatiques, alcynes, alcools et alcanes