Préparation et caractérisation des adsorbants à base de boue résiduaire pour l'élimination des polluants organiques de l'eau

Abstract

L’objectif de cette étude est de préparer des adsorbants à base de boue résiduaire de la station d’épuration de la ville de Constantine (STEP d’Ibn Ziad) et d’évaluer la capacité d’adsorption par rapport à certains polluants organiques, en solutions aqueuses, de celui présentant les meilleurs caractéristiques. Neuf adsorbants ont été préparés par carbonisation (pyrolyse) sous trois températures de pyrolyse 450, 650 et 850°C et en trois temps de pyrolyse de 30, 60 et 120 min. Deux adsorbants ont été préparés par activation chimique à l’aide de NaOH et H2SO4. Les caractéristiques chimiques et structurales des adsorbants ont été examinées par l’utilisation de l’analyse chimique globale (taux de cendres, matières volatiles et carbone fixe), de l’analyse chimique de surface (pH en solution, pHPZC, titrage de Boehm et la spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourrier (FTIR)) et de l’analyse morphologique (détermination de la surface spécifique de BET). L’adsorption, en mode batch, du phénol et du 2-chlorophénol (2-CP) sur l’adsorbant préparé par activation chimique à l’acide sulfurique SBA à été étudiée sous différentes paramètres comme : le temps de contact, la concentration initiale du polluant, la dose de l’adsorbant et le pH de la solution. Le processus d’adsorption des deux polluants a été extrêmement rapide et l’adsorption de la forme moléculaire du phénol et du 2-CP a été indépendante du pH. Afin de déterminer la meilleure isotherme d’adsorption, les données expérimentales de l’équilibre d’adsorption ont été analysées par le moyen des deux modèles classiques d’isotherme : Langmuir et Freundlich qui a mieux représenté les résultats expérimentaux obtenus. Le coefficient n du modèle de Freundlich a confirmé que le SBA est un bon adsorbant pour l’élimination du phénol et du 2-CP. Les modèles cinétiques du pseudo premier ordre PFO et pseudo-second ordre PSO ont été utilisés pour analyser les données cinétiques obtenues à trois concentrations (50, 100 et 200 mg/l). Le modèle cinétique du pseudo second-ordre a été trouvé en assez bonne concordance avec les résultats expérimentaux. L’application du modèle de la diffusion intraparticulaire IPD a permis de conclure que le processus de diffusion intraparticulaire n’est pas le seul impliqué dans l’adsorption du phénol et du 2-CP sur le SBA. Les paramètres thermodynamiques déterminés dans le cas de l’adsorption du phénol suggèrent que l’adsorption est physique et que le processus d’adsorption est spontané et de nature exothermique. L’adsorbant utilisé dans ce travail s’est montré comme un matériau performant dans l’élimination du phénol et du 2-chlorophénol de l’eau, et peut être utilisé avec succès dans le traitement des eaux usées.