| Titre : | Etude de l’adsorption du Bleu Brillant par des argiles (brute, sodée et pontée par le Fer) |
| Auteurs : | Krim Abdelhamid, Auteur ; RAMDANI Amina, Directeur de thèse |
| Type de document : | texte manuscrit |
| Editeur : | Université MOULAY Tahar,Saida Faculté des Sciences Département de Chimie, 2018/2019 |
| Format : | 114ص |
| Accompagnement : | CD |
| Note générale : |
Introduction Générale
Diverses techniques de traitement et de réduction des polluants organiques des rejets textiles (colorants), ont été développés afin d’améliorer significativement la performance l’efficacité de la technique d’élimination de ces polluants [1], tels que la floculation, la coagulation, les procédés membranaires, l’échange ionique, l’oxydation, l’adsorption et les traitements biologiques. Toutefois ces adsorbants sont très couteux, il est judicieux de chercher de nouveaux adsorbants à base de matériaux naturels très abondants et peu couteux plus respectueux de l’environnement tels que les argiles. Cependant, l'adsorption sur des matériaux adsorbants poreux est l'une des méthodes les plus répandues, car ils sont très sollicités, à cause de leur capacité élevée d’adsorption et leur grande surface spécifique [2]. Les argiles sont constituées généralement d’un composant minéral de base (kaolinite, montmorillonite, illite….etc.) associés à des impuretés cristallines secondaires sous forme de débris rocheux de composition infiniment diverse tels que, le quartz, la calcite et les matières organiques. Elles peuvent être une matière localement abondantes, très diverses, traitées ou raffinée avant leur utilisation. Elles sont utilisées dans plusieurs applications soit à l’état naturelle, soit modifié par l’insertion des espèces organiques ou inorganiques entre les feuilles appelés communément argiles pontées [3]. Cette modification leur confère des propriétés très intéressantes notamment l’agrandissement de l’espace interfoliaire et une capacité d’échange ionique très importante adsorption des colorants et notamment colorant triphénylméthane (Bleu Brillant). Le bleu brillant est une substance chimique principalement connu pour ses qualités de colorant bleu. Il est utilisé comme indicateur coloré pour mettre en évidence la présence de sulfites dangereux pour la santé. Outre comme colorant, il a aussi été employé comme pesticide antiparasitaire, comme fongicide contre les infections fongiques de certains animaux et comme bactéricide pour le traitement d'infections bactériennes. Sa consommation par voie orale est dangereuse, il cause des effets néfastes dans le foie, les branchies, rein, intestin, les gonades et de l'hypophyse cellules gonadotropes et réduit la fertilité. Il est dangereux et cancérigène à cause de la présence d'azote dans sa structure [4]. Dans ce contexte, nous avons suggéré d’évaluer les performances des matériaux absorbants (Mont-B n Mont-Na et Mon-Fe) pour l’élimination du colorant anionique Bleu brillant. 12 Ce mémoire intitulé «Etude de l’adsorption du Bleu Brillant par des argiles (brute, sodée et pontée par le Fer)», il comporte deux parties : La première partie est consacré à une synthèse bibliographique renfermant trois essentiels chapitres: le premier chapitre est consacré sur un aperçu sur les argiles, le deuxième est réservé aux généralités sur les colorants, le dernier discute le phénomène d’adsorption. La deuxième partie est consacrée à une partie expérimentale renfermant deux essentiels chapitres : Le quatrième chapitre est une partie expérimentale dans laquelle sont détaillées l’élaboration de nos argiles, les méthodes de caractérisation (IR, DRX et FRX) et analyse et enfin le protocole expérimental de l’étude paramétrique du processus l’adsorption. Le cinquième chapitre portera sur l’adsorption des du colorant (Bleu Brillant) par l’argile brute (Mont-B), sodée (Mont-Na+) et pontée (Mont-Fe). L’influence de certains paramètres comme le temps de contact, la masse d’adsorbant, le pH, la concentration initiale en adsorbât or la température seront optimisés et déterminés. Les isothermes des modèles d’adsorption suivie d’une étude cinétiques et puis thermodynamiques sont également présentées. Cela nous permet de mieux aborder en conclusion un bilan de ce travail, et quelques perspectives. |
| Langues: | Français |
| Index. décimale : | BUC-M 008298 |
| Catégories : | |
| Mots-clés: | ملون، طين معالج، االمتزاز، الماء المستعمل Colorant, argile pontée, adsorption, eau usée Coloring agent, bridged clay, adsorption, waste water. |
| Résumé : |
الهدف من هذه الدراسة هو تقييم قدرة امتزاز ثالثة مواد طينية خام(Mont-B)، معالج بالصوديوم(Mont-Na)، معالج
بالحديد(Mont-Fe) للصبغة األزرق الالمع في محلول مائي. عوامل مؤثرة في عملية االمتزاز : وقت التالمسصلب-سائل ،كثلة ماصة ،تركيز الصبغة األولي ،درجة الحموضة في المحلول ودرجة الحرارة. تظهر النتائج التجريبية امتزازًاًسريعا إلى حد ما لمادتي (Mont-B, Mont-Na.)30دقيقة وقت اتصال مع (Mont-Na( و )Mont-B)، بينما يتم الوصول إلى التوازن مع (Mont-Fe) بعد5دقائق. نسبة إزالة صبغة األزرق الالمع من (Mont-Fe% )95.63أعلى من نسبة (Mont-Na% )70.08 ونسبة (Mont-B% )46.46. درجة حموضة الوسط تؤثر على عملية امتزاز. تبين الدراسة الحركية والدراسة الديناميكية الحرارية لعملية امتزاز الملون أن هذه األخيرة تتوافق مع نموذجLangmuirونموذج تفاعل الدرجة الثانية. أخيرًا ، توضح دراسة االمتزاز األزرق الالمع أن الصلصال المستخدم والمعالج منه بشكل خاص يمكن أن يكون بديال ً جيدًاإلزالةهذه الصبغةفي L'objectif de cette présente étude est d’évaluer la capacité d'adsorption de trois matériaux argileux brute (Mont-B), sodée (Mont-Na), et ponté (Mont-Fe) vis-à-vis le colorant (Bleu Brilant), par en solution aqueuse, l’influence de certains paramètres le processus d’adsorption : temps de contact solide–liquide, dose d’adsorbant, concentration initiale de colorant, pH de la solution et température. Les résultats expérimentaux montrent une adsorption assez rapide pour les deux adsorbants (Mont-B, Mont-Na). 30 min de temps de contact pour Mont-B et Mont-Na+, alors qu’avec Mont-Fe l’équilibre est atteint après 5 min. Le taux d’élimination de colorant BB sur Mont- Fe (95.63%) est supérieur à celle de Mont-Na (70.08%) et Mont-B (46.46%). L’acidité et la basicité affecte largement le processus d’adsorption. Les isothermes et les cinétiques d'adsorption du colorant montrent que la rétention est prévisible en accord avec le modèle de Langmuir et le modèle pseudo-second ordre. Finalement, L’étude de d’adsorption de Bleu Brillant montre que l’argile utilisée et notamment pontée peut être une bonne alternative pour l’élimination de ce colorant en milieu aqueux. The objective of this study is to evaluate the adsorption capacity of three raw clay materials (Mont-B), soda (Mont-Na), and bridged (Mont-Fe) with respect to the dye (Bleu Brilliant), by in aqueous solution, the influence of certain parameters of the adsorption process: solid-liquid contact time, adsorbent dose, initial dye concentration, solution pH and temperature. The experimental results show a fairly rapid adsorption for both adsorbents (Mont-B, Mont-Na). 30 min contact time for Mont-B and Mont-Na+, while with Mont-Fe the balance is reached after 5 min. The BB dye removal rate on Mont-Fe (95.63%) is higher than that of Mont-Na (70.08%) and Mont-B (46.46%). Acidity and basicity largely affect the adsorption process. The isotherms and dye adsorption kinetics show that retention is predictable in accordance with the Langmuir model and the pseudo- second order model. Finally, the adsorption study of Bleu Brillant shows that the clay used and in particular bridged clay can be a good alternative for the elimination of this dye in an aqueous medium. |
| Note de contenu : |
Sommaire
Introduction Générale.................................................................................................................... 11 Références bibliographiques……………………………………………………………………………………. Parie I - Etude Bibliographique…………………………………………………………………………………………………………………….. Chapitre I - Les argiles…………………………………………………………………………………………………………………………………. I.1 Introduction ............................................................................................................................. 15 I.2 L’origine des argiles ................................................................................................................ 15 I.3 Définition de L’argile............................................................................................................... 17 I.4 Structure des minéraux argileux .............................................................................................. 17 I.4.1 Couche tétraédrique ........................................................................................................... 18 I.4.2 Couche Octaédrique .......................................................................................................... 19 I.5 Classification des argiles ......................................................................................................... 19 I.5.1 Minéraux à 7 A° ................................................................................................................ 21 I.5.2 Minéraux à 10 A° .............................................................................................................. 21 I.5.3 Minéraux à 14 A° .............................................................................................................. 22 I.5.3.1 Microstructure de la Montmorillonite .......................................................................... 23 I.5.4 Minéraux interstratifiés ...................................................................................................... 23 I.6 Propriétés des minéraux argileux.............................................................................................. 24 I.6.1 La surface spécifique ......................................................................................................... 24 I.6.2 Hydratation et gonflement ................................................................................................. 25 I.6.3 Capacité d’échange cationique (CEC) ................................................................................ 26 I.6.4 Espace interfoliaire ............................................................................................................ 27 I.7 Argiles pontées ........................................................................................................................ 28 I.7.1 Intercalation ...................................................................................................................... 28 Références bibliographiques……………………………………………………………………………………. Chapitre II - Les Colorants……………………………………………………………………………………………………………….………….. II.1 Introduction ............................................................................................................................ 33 II.2 Pollution des eaux................................................................................................................... 33 II.3 Définition d’un colorant .......................................................................................................... 34 II.4 Classification des colorants ..................................................................................................... 34 II.4.1 La classification chimique ................................................................................................ 34 a) Les colorants azoïques .................................................................................................... 34 b) Les colorants triphénylméthanes ..................................................................................... 35 c) Les colorants anthraquinoniques ..................................................................................... 35 d) Les colorants indigoïdes .................................................................................................. 36 e) Les colorants nitrés et nitrosés......................................................................................... 36 II.4.2 Classification technologique ............................................................................................. 36 II.4.3 Classification tinctoriale ................................................................................................... 37 i. Colorants cationiques ou basiques ................................................................................... 37 ii. Colorants anioniques ou acides ....................................................................................... 37 iii. Colorants directs ou substantifs ....................................................................................... 38 iv. Colorants à mordants ...................................................................................................... 38 II.4.4 Classification technique ................................................................................................... 39 1) Les colorants naturels...................................................................................................... 39 2) Les colorants synthétiques............................................................................................... 39 II.5 Application et utilisation des colorants .................................................................................... 39 II.6 Toxicité des colorants ............................................................................................................. 40 II.6.1 Toxicité des colorants triphénylméthanes ......................................................................... 40 II.6.2 Toxicité des colorants azoïques ........................................................................................ 40 II.6.3 Toxicité des colorants Indigoïdes ..................................................................................... 41 II.7 Bleu Brillant de Coomassie (R250) ......................................................................................... 41 II.7.1 Définition et Utilisations .................................................................................................. 41 II.7.2 Propriétés physicochimiques ............................................................................................ 42 II.8 Conclusion ............................................................................................................................. 42 Références bibliographiques……………………………………………………………………………………. Chapitre III - L’adsorption……………………………………………………………………………….......... III.1 Introduction ........................................................................................................................... 46 III.2 Historique de L’adsorption .................................................................................................... 46 III.3 Définition .............................................................................................................................. 47 III.4 Les propriétés de L’adsorption .............................................................................................. 47 III.4.1 Chimisorption (Adsorption chimique) ............................................................................. 47 III.4.2 Physisorption (Adsorption physique) .............................................................................. 48 III.4.3 Les propriétés différences entre l’adsorption physique (physisorption) et l’adsorption chimique (chimisorption) ........................................................................................................... 48 III.5 Facteurs influençant le phénomène d’adsorption.................................................................... 49 III.5.1 Les paramètres physico-chimiques du milieu .................................................................. 49 a) Influence du pH .............................................................................................................. 49 b) Influence de la température ............................................................................................. 49 III.5.2 Les caractéristiques de d’adsorbant ................................................................................. 50 I. Nature de l’adsorbant ...................................................................................................... 50 II. Surface spécifique ........................................................................................................... 50 III. Porosité ....................................................................................................................... 50 IV. Polarité ........................................................................................................................ 50 V. La structure de l’adsorbant .............................................................................................. 51 III.5.3 Les caractéristiques de l’adsorbat .................................................................................... 51 III.6 Mécanisme d'adsorption ........................................................................................................ 51 III.6.1Adsorption par liaison hydrogène ..................................................................................... 51 III.6.2 Adsorption par liaison ionique ou échange d’ions ........................................................... 52 III.6.3 Adsorption par les forces de Van der Waals .................................................................... 52 III.6.4 Rétention hydrophobe ..................................................................................................... 52 III.7 Les types des isothermes d’adsorption en phase Liquide/solide ............................................. 52 III.7.1 Isotherme de type S (Sigmoïde) ...................................................................................... 53 III.7.2 Isotherme de type L (Langmuir) ...................................................................................... 53 III.7.3 Isotherme de type H (Haute affinité) ............................................................................... 53 III.7.4 Isotherme de type C (partition Constante) ....................................................................... 54 III.8 Les modèles des isothermes d'adsorption ............................................................................... 54 a) Modèle de Langmuir ....................................................................................................... 54 b) Modèle de Freundlich ..................................................................................................... 55 c) Modèle de BET : ............................................................................................................. 55 III.9 La Cinétique d'adsorption ...................................................................................................... 56 III.9.1 Modèle de la cinétique du pseudo premier ordre.............................................................. 57 III.9.2 Modèle de la cinétique du pseudo seconde ordre ............................................................. 57 III.10 La compréhension des paramètres thermodynamiques ......................................................... 58 III.11 conclusion ........................................................................................................................... 59 Références bibliographiques…………………………………………………………………………………… Partie II- Etude expérimentale………………………………………………………………………………….. Chapitre IV- Matériels et Méthodes………………………………………………………………………………………………………………. IV .1 Introduction.......................................................................................................................... 64 IV .2 Produits utilisés .................................................................................................................... 64 IV.3 Préparation des adsorbants .................................................................................................... 65 IV.3.1 Purification de la bentonite brute .................................................................................... 65 a) Sédimentation de l’argile ................................................................................................ 65 IV.3.2 Préparation de l’argile sodée (Mont-Na) ......................................................................... 65 IV.3.2.1 Epuration chimique de l’argile.................................................................................. 65 1) Lavage avec HCl............................................................................................................. 65 2) Lavage avec ......................................................................................................... 66 IV.3.2.2 Saturation avec NaCl ................................................................................................ 66 IV.3.3 Préparation des argiles pontées .................................................................................... 66 Solutions pontantes ......................................................................................................... 66 Complexes inorgano-montmorillonites (CIM) ................................................................. 67 IV.4 Protocole expérimentale d’adsorption du colorant Bleu Brillant ............................................ 68 A. Préparation des solutions de colorant .................................................................................. 68 B. Détermination La longueur d’onde d’absorption maximale (λmax) ..................................... 68 C. Vérification de a loi de Beer-Lambert ................................................................................. 68 D. Cinétiques d’adsorption du colorant Bleu Brillant ............................................................... 68 E. Influence de la masse.......................................................................................................... 68 F. Influence du pH .................................................................................................................. 69 G. Influence de Température ................................................................................................... 69 H. Effet de la concentration ..................................................................................................... 69 I. Calcul du rendement (R%) et la quantité adsorbe ................................................................ 69 IV.5 Techniques des caractérisations des matériaux : .................................................................... 70 IV.5.1 Diffraction des rayons X (DRX) ..................................................................................... 70 i. Principe de la méthode : .................................................................................................. 70 ii. Conditions expérimentales .............................................................................................. 71 IV.5.2 Spectroscopie infrarouge (IR) ......................................................................................... 72 IV.5.2.1 Conditions expérimentales........................................................................................ 72 IV.5.3 Spectrophotométrie UV-Visible ...................................................................................... 73 Principe ................................................................................................................................. 73 IV.5.4 Spectrométrie de Fluorescence X (XRF) ......................................................................... 75 IV.6 Conclusion ............................................................................................................................ 76 Références bibliographiques……………………………………………………………………………………. Chapitre V- Résultats et Discussion……………………………………………………………………………. V.1 Introduction ............................................................................................................................ 79 V.2 Caractérisation des argiles brutes, sodées et pontées ............................................................... 79 V.2.1 Analyse chimique par Fluorescence X :............................................................................ 79 V.2.2 Examen par Diffraction par rayon X ................................................................................ 80 V.2.3 Examen par la spectroscopie Infrarouge ........................................................................... 82 A. Groupement OH :............................................................................................................ 82 B. Liaison Si-O :.................................................................................................................. 83 C. Liaisons M-OH (M= Al, Mg, Fe) .................................................................................... 83 V.2.4 La capacité d’échange cationiques et mesure du pH ........................................................ 84 V.3 Procédure de dosage ............................................................................................................... 85 V.3.1 Détermination de λmax .................................................................................................... 85 V.3.2 La courbe d’étalonnage du Bleu Brillant (adsorbat) .......................................................... 86 V.4 L’étude de l’adsorption : ........................................................................................................ 86 V.4.1 Le temps d’agitation : ...................................................................................................... 86 V.4.2 Effet de masse d’adsorbant :............................................................................................. 87 V.4.3 Effet de concentration : .................................................................................................... 88 V.4.4 Effet de température : ....................................................................................................... 89 V.4.5 Effet du pH de la solution : .............................................................................................. 91 V.4.6 Etude thermodynamique : ................................................................................................ 92 V.4.7 Modélisation de l’isotherme d’adsorption......................................................................... 93 V.4.7.1 Modèle de Langmuir : ............................................................................................... 95 V.4.7.2 Modèle de Freundlich: ............................................................................................... 96 V.4.8 L'étude cinétique de l’adsorption ...................................................................................... 99 V.4.8.1 Equation du premier pseudo ordre : ........................................................................... 99 V.4.8.2 Equation du second pseudo ordre : .......................................................................... 101 V.9 Conclusion ........................................................................................................................... 103 Références bibliographiques…………………………………………………………………………………… Conclusion générale .................................................................................................................... 106 |
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