Préparation et caractérisation des charbons actifs obtenus à partir des coques de noix de Coula edulis

Table des Matières

INTRODUCTION GENERALE

CHAPITRE I: REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I.1. Phénomène de la pollution des eaux

I.1.1. Les différents type de pollution

I.1.1.1. Pollution d’origine naturelle

I.1.1.2. Pollution d’origine anthropique

I.1.2. Les principaux types de polluants

a. Les Matières organiques fermentescibles

b. Les éléments fertilisants agricoles

c. Les Cations Métalliques

I.1.3. Les effets de la pollution

a. Les conséquences sanitaires

b. Les conséquences écologiques

c. Les conséquences économiques

I.2. Caractéristiques des polluants étudiés

I.2.1. Le Manganèse

a. Spéciation du Manganèse

b. Fiche technique du Manganèse

I.2.2. L’Aluminium

a. Spéciation de l’aluminium

b. Fiche technique de l’Aluminium

I.3. Les Substances Humiques

I.3.1. Formation des Substances Humiques

I.3.2. Les Sources de Substances Humiques

a. Les Substances Humiques Naturelles

b. Les Substances Humiques Artificielles

c. Les Substances Humiques dans les eaux de surface

I.3.3. Adsorption des Substances Humiques sur les Charbons Actifs

I.4. Les Méthodes d’élimination des polluants présents dans les eaux

I.4.1. Le traitement par des Procédés Biologiques

a. Utilisation des bio ressources dans le traitement métallique des eaux

a. Bioaccumulation

b. Bio-sorption

I.4.2. Le traitement par des Procédés Physico-Chimiques

I.4.2.1. Procédés Chimiques

a. La précipitation chimique

b. Coagulation-Floculation

c. L’osmose inverse

d. L’échange d’ions par utilisation de résines.

I.4.2.2. Procédés Electrochimiques

a. L’électrolyse

b. L’électrodéposition

c. L’électrocoagulation

d. L’électrodialyse

I.4.2.3. Autres Procédés

a. L’extraction liquide-liquide

b. La microfiltration

c. L’ultrafiltration

I.5. L’Adsorption

a. L’Adsorption Physique

b. L’Adsorption Chimique

I.6. Modélisations Mathématiques de l’adsorption

I.6.1. Cinétique d’adsorption

a. Modèle du pseudo-premier ordre

b. Modèle du pseudo-second ordre

c. Transfert de masse externe

d. Transfert de masse intra particulaire

I.6.2. Les conditions d’équilibre (Leclerc, 1995)

a. Modèle de Freundlich (Freundlich et al., 1906)

b. Modèle de Langmuir (Langmuir, 1918)

I.6.3. Thermodynamique d’adsorption

I.6.4. Influence des facteurs liés au phénomène d’adsorption

a. Les facteurs liés à l’adsorbant

b. Les facteurs liés à l’adsorbat

c. Les facteurs extérieurs

I.7 Les Charbons Actifs

I.7.1. Préparation des Charbons Actifs

I.7.2. Carbonisation (ou pyrolyse)

I.7.3. Activation

I.7.4. Caractéristiques des Charbons Actifs

I.7.5. Classification selon la porosité

I.7.6. Les formes des charbons actifs

a. Les charbons actifs en poudre (CAP)

b. Les charbons actifs en grain (CAG), en bille ou en bâtonnet

c. Les charbons actifs en tissu (CAT)

I.7.7. Les applications du charbon actif

I.7.8. Autres Matériaux adsorbants utilisés

a. Les Zéolites

b. Gels de silices

c. Alumines activées

d. Argiles activées

e. Adsorbants à base de polymères

CHAPITRE II: MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES

II.1. Préparation des Charbons Actifs

II.2. Caractérisation des Charbons actifs

II.2.1. Taux de cendre

II.2.2. Composition chimique de la cendre

II.2.3. Densité apparente

II.2.4. pH au point de charge nulle (pHPCN)

II.2.5. Acidités de surface

II.2.6. Spectroscopie Infrarouge

II.2.7. Détermination des Indices d’iode

II.2.8. Détermination des Surfaces spécifiques

a. Surfaces spécifiques par adsorption de l’iode

b. Surfaces spécifiques par adsorption de l’acide acétique

c. Surfaces spécifiques par adsorption du Bleu de Méthylène

II.3. Dépollution par adsorption sur charbon actif

II.3.1. Adsorption des ions métalliques

II.3.2. Description de la technique Batch

II.3.3. Facteur influençant l’adsorption

a. Effet du pH initial de la solution métallique

b. Effet de la concentration initiale de la solution métallique

c. Effet du temps de contact

d. Effet de la température

e. Présentation de la cinétique d’adsorption des ions métalliques

II.4. Extraction des Substances Humiques

II.4.1. Principe

a. Prétraitement à l’eau déminéralisée

b. Traitement à la soude

II.4.2. Préparation des solutions pour le dosage du carbone

a. Solution d’acide chlorhydrique (0,1N)

b. Solution de soude (0,1N)

c. Solution de bichromate de potassium 1N

d. Solution de ferroine

e. Solution sulfate ferreux (0,5N)

II.4.3. Adsorption des substances humiques par la méthode batch

II.4.4. Détermination de la concentration des substances humiques en solution

a. Détermination de l’étape limitante dans la cinétique d’adsorption des substances humiques

CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION

III.1. Propriétés physico-chimiques des charbons actifs

III.1.1. Taux de cendre

III.1.2. Densité apparente

III.1.3. Composition chimique minérale

III.1.4. Acidité à la surface des Charbons Actifs

III.1.5. pH au point de charge nulle (pHPCN)

III.1.6. Indices d’iode

III.1.7. Analyse par infrarouge à transformée de Fourier

III.1.8. Les surfaces spécifiques

III.2. Adsorption des cations : Mn (II) et Al (III)

a. Influence du pH

b. Influence de la concentration initiale et de la température

III.3. Etude des isothermes d’adsorption des ions métalliques

III.3.1 Isotherme d’adsorption des ions manganèse (II)

a. Isotherme de Langmuir de l’adsorption des ions manganèse (II)

b. Isotherme de Freundlich relative à l’adsorption des ions Mn (II)

III.3.2. Isotherme de Langmuir et de Freundlich de l’adsorption des ions aluminium (III)

III.3.3. Etude de la cinétique d’adsorption des ions métalliques

III.3.3.1. Influence du temps de contact d’adsorption des ions Mn (II)

III.3.3.2. Détermination de l’ordre de la réaction d’adsorption des ions Mn (II) sur les charbons actifs

a. Cinétique du pseudo-premier ordre de l’adsorption des ions Mn (II)

b. Cinétique du pseudo-second ordre de l’adsorption des ions Mn (II)

III.3.3.3. Influence du temps de contact d’adsorption des ions Al (III)

a. Cinétique du pseudo-premier ordre de l’adsorption des ions Al (III)

b. Cinétique du pseudo-second ordre de l’adsorption des ions Al (III)

III.4. Etude thermodynamique de l’adsorption des ions métalliques

III.4.1. Enthalpie, Entropie et Enthalpie libre d’adsorption des ions Mn (II)

III.4.2. Enthalpie, Entropie et Enthalpie libre d’adsorption des ions Al (III)

III.5. Adsorption des substances humiques sur les charbons actifs

a. Influence du pH

b. Influence de la masse des charbons actifs

c. Influence de la taille des particules

d. Influence de la concentration initiale

III.5.1. Etude des isothermes d’adsorption des substances humiques

III.5.2. Etude de la cinétique d’adsorption des substances humiques

III.5.2.1. Influence du temps de contact charbon actif-substances humiques

III.5.2.2. Détermination de l’ordre de la réaction d’adsorption substances humiques

III.5.2.3. Mécanismes d’adsorption substances humiques

a. Transport externe par le modèle de Weber et Mathews

b. Transport intra particulaire par le modèle de Weber et Morris

c. Evolution des constantes de vitesse de diffusion

III.6. Etude thermodynamique des réactions d’adsorption des substances humiques

Objectifs et thèmes de recherche

Cette thèse vise à valoriser les déchets issus des coques de noix de Coula edulis en préparant et caractérisant des charbons actifs pour l'élimination des ions manganèse (Mn II), aluminium (Al III) et des substances humiques dans les eaux, en étudiant les mécanismes cinétiques et thermodynamiques d'adsorption.

• Valorisation de la biomasse locale (Coula edulis) comme adsorbant
• Caractérisation physico-chimique détaillée des charbons actifs produits
• Optimisation du traitement des eaux polluées par des ions métalliques et substances humiques
• Modélisation mathématique des isothermes et de la cinétique d'adsorption
• Étude thermodynamique des processus de fixation

Auszug aus dem Buch

Résumé des chapitres

CHAPITRE I: REVUE BIBLIOGRAPHIQUE : Ce chapitre présente une revue de la littérature sur la pollution des eaux, ainsi qu'une étude détaillée sur les caractéristiques physico-chimiques du manganèse, de l'aluminium et des substances humiques étudiés.

CHAPITRE II: MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES : Ce chapitre détaille les méthodes de préparation et de caractérisation des charbons actifs ainsi que les méthodologies analytiques utilisées pour les essais d'adsorption.

CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION : Ce chapitre expose les résultats expérimentaux obtenus concernant les propriétés des charbons, l'adsorption des métaux et des substances humiques, suivis de leurs interprétations et discussions.

Mots-clés

Coula edulis, Charbon actif, Manganèse (II), Aluminium (III), Substance humique, Adsorption, Pollution des eaux, Isothermes de Langmuir, Isothermes de Freundlich, Cinétique, Thermodynamique, Traitement des eaux, Traitement physico-chimique, Valorisation de la biomasse.

Foire aux questions (FAQ)

Quel est le sujet principal de cette thèse ?

La thèse porte sur la préparation et la caractérisation de charbons actifs à partir des coques de noix de Coula edulis pour l'élimination des ions Mn (II), Al (III) et des substances humiques dans l'eau.

Quels sont les enjeux de cette étude ?

L'étude vise à valoriser une ressource locale (déchets de noix) pour traiter des pollutions hydriques, répondant ainsi à des besoins de protection de la santé publique et de l'environnement.

Quelle est la problématique centrale ?

La problématique concerne la présence de métaux lourds (manganèse, aluminium) et de substances organiques dans les eaux industrielles et naturelles, et la recherche d'une méthode de traitement efficace et économiquement abordable.

Quelle est la démarche expérimentale ?

L'auteur a procédé par carbonisation et activation chimique des coques, suivi d'une série de tests d'adsorption en mode batch en faisant varier divers paramètres comme le pH, la concentration, le temps et la température.

Que traite le troisième chapitre ?

Le troisième chapitre présente les résultats expérimentaux complets, incluant les isothermes d'adsorption et les études cinétiques, ainsi que les discussions sur l'efficacité des différents types de charbons produits.

Quels modèles sont utilisés pour l'adsorption ?

La thèse utilise les modèles de Langmuir et de Freundlich pour modéliser les isothermes d'adsorption, et des modèles cinétiques du pseudo-premier et pseudo-second ordre.

Comment la température influence-t-elle l'adsorption du manganèse sur CAo ?

L'adsorption du manganèse sur le charbon CAo s'est révélée être un processus endothermique, ce qui signifie que sa capacité d'adsorption augmente lorsque la température augmente.

Quelle est la conclusion sur les mécanismes de transport ?

L'étude des mécanismes de transport, utilisant les modèles de Weber et Mathews, démontre que la diffusion externe et la diffusion intra-particulaire contribuent toutes deux au processus d'adsorption, bien que l'étape limitante soit souvent le transport de masse externe.