Cinétique et modélisation de la capture du dioxyde de carbone et adsorption de métaux lourds et de colorants par la vaser chorfa
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Date
2015-02-16
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Abstract
Résumé (Français et/ou Anglais) :
RESUME
Ce travail a pour objectif d’étudier le potentiel d’utilisation de matériaux naturels pour le traitement des
eaux usées chargés en polluants métalliques et organiques.
La vase, issue de barrage de Chorfa (Sig, Mascara), est utilisée comme adsorbant afin de récupérer les
métaux lourds (le cadmium, le cuivre et le chrome) et les colorants (vert de malachite et rouge de méthyle) en
phase aqueuse. À titre de comparaison avec la vase, nous avons testé l’argile de Zahana pour éliminer le rouge de
méthyle.
La vase est composée principalement de la silice, de la chaux et de l’alumine sous forme d’illite, de
calcite et de quartz. Sa surface spécifique déterminée est de 65,57 m2/g et le point de zéro de charge (PZC) est
égal à 7,83.
La capacité d’adsorption du chrome et du cuivre est très importante : 95% et 94%, tandis que la valeur
estimée au cadmium est moyennement faible 55%.Les données expérimentales montrent que le modèle
Langmuir-Freundlich simule mieux les isothermes d’adsorption de ces métaux par la vase. Ce processus
d'adsorption est de nature physique, selon la valeur d’énergie d’adsorption calculée par l’équation de D-R. La
cinétique d’adsorption de cadmium par la vase suit la loi cinétique de second ordre contrôlé par une diffusion
intra particulaire. L'étude thermodynamique pour le cadmium a montré que le processus de rétention est spontané
et endothermique.
Les résultats d’adsorption du vert de malachite par la vase brute et celle traitée à 600, 800 et 1000°C, ont
montré que la vase brute présente la meilleure capacité de rétention de colorant par rapport aux autres
adsorbants, elle est égale à 19,49 mg/g. Le modèle de Freundlich a mieux décrit les isothermes d’adsorption que
d’autres modèles étudiés. L’étude cinétique d’adsorption du VM par la vase, obéit à la loi de vitesse de réaction
du pseudo-second ordre et suit également la diffusion d'intra particulaire. L’étude thermodynamique a révélé que
ce processus est de type physique, endothermique et spontané.
La vase est appliquée également en phase gazeuse dans le but de capter le dioxyde de carbone à pression
atmosphérique et à température ambiante.Les résultats de cette étude ont révélés que la quantité de gaz retenu par
la vase brute est appréciable, elle est de l’ordre de 2,68 cm3/g. Différentes théories ont été utilisées pour
l'estimation des paramètres de sorption, notamment les équations de Langmuir, Freundlich, Hill de Boer et Sips.
D’après les résultats obtenus, les données expérimentales sont bien représentées par le modèle de Freundlich
etSips. L’énergie caractéristique E déterminée par l’équation de D-R, est égale à 20,9 kJ/mol, cette valeur
indique que l’adsorption est de type physique. Les résultats cinétiques ont mis en évidence que la diffusion du
gaz dans la vase était un processus assez lent, selon le coefficient de diffusion estimé à 10–12 m2 s–1est
relativement bas. L’étude thermodynamique a révélé que la récupération de CO2 par la vase est un processus
spontané.
ABSTRACT
This work aims to investigate the potential use of natural materials for the treatment of wastewater
loaded with metal and organic pollutants.
The silt was obtained from Chorfa dam (Sig, Mascara), is used as an adsorbent to recover the heavy
metals (cadmium, chromium and copper) and the dye (Malachite green and methyl red) in aqueous phase. In
comparison with the silt, we tested Zahana clay to remove methyl red. The silt is composed mainly of silica, lime
and alumina in the form of illite, quartz and calcite. Its specific surface area is determined of 65,57 m2/g and the
point of zero charge (PZC) is equal to 7,83. The adsorption capacity of copper and chromium is very important:
95% and94%, whereas cadmium ion was adsorbed in smaller amount: 55%. The experimental data show that the
Langmuir-Freundlich model better simulates the adsorption isotherms of these metals by the silt. This adsorption
process is physical in nature according to adsorption energy value calculated by the equation DR. The adsorption
kinetics of cadmium by the silt follows the second-order kinetic law controlled by intra-particle diffusion. The
thermodynamic study of cadmium showed that the retention process is spontaneous and endothermic. The results
of adsorption of the malachite green onto raw and thermally treated silt at 600, 800 and 1000 °C showed that the
raw silt present best dye retention capacity over other adsorbents, it is equal to 19, 49 mg/g. Freundlich model
best describes adsorption isotherms than other models studied. The kinetic studyof adsorption of VM by silt
obeys the law of reaction kinetic of thepseudo-second order and also follows the intraparticle diffusion. The
thermodynamic study revealed that this process is physical type, endothermic and spontaneous. The silt is also
applied in the gas phase in order to capture carbon dioxide to atmospheric pressure and room temperature. The
results of this study shown that the amount of gas retained by the raw silt is appreciable, it is of the order of 2,68
cm3/g. Different theories have been used to estimate the parameters of sorption, including Langmuir equation,
Freundlich, Hill de Boer and Sips. According to the results, the experimental data are well represented by the
model of Freundlich and Sips. The characteristic energy E determined by the DR equation is equal to 20,9
kJ/mol, this value indicates that the adsorption is physical type. Kinetic results revealed that the diffusion of the
gas in the silt was a slow process, as the diffusion coefficient estimated at 10-12 m2 s-1 is relatively low.
Thermodynamic study found that the recovery of CO2 by the silt is a spontaneous process.
Keywords: Silt, Clay, Adsorption, Heavy Metals, Dye, Carbon dioxide.
Description
Doctorat en Sciences
