Fixation de certaines molécules organiques polluantes des eaux (colorant Victoria Bleu Basique) par divers adsorbants

Abstract

------------------------------------------------------------------------------------------------------resume en arabe---------------------------------------------------------------------------------------------لمياه المستعملة غالبًا ما تحتوي على صبغ اصطناعية ناتجة عن أنشطة بعض الصناعات؛ صرفها في البيئة الطبيعية دون معالجة مناسبة يؤدي إلى التخثث السريع للشبكة الهيدروغرافية السطحية. الهدف من هذه الأطروحة هو تشخيص ودراسة إمكانية تنحية صبغة فيكتوريا الأزرق القاعدي (VBB)، وهي صبغة كاتيونية من الممكن تواجدها في مياه الصرف الناتجة عن صناعة النسيج، بواسطة اثنين من المواد المازة المتواجدة بكميات كافية في جميع أرجاء العالم على شكل نفايات ذات مصدر طبيعي؛ قصد تثمين استعمالها في تطبيقات ذات مصلحة بيئية. لهذا الغرض، تم اختيار نشارة الخشب والكرتون المستعمل المسحوقين ميكانيكيا، للحصول على جسيمات ذات حجم أقل من 200 ميكرون، وتحليلهما عن طريق حيود الأشعة السينية، والمسح بالمجهر الإلكتروني المقرون بمطيافية تشتت الطاقة بالأشعة السينية (SEM / EDS)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR)، كما أجريت تحاليل أسطح المواد المستعملة باستخدام تقنية B.E.T. بعد ذلك تم تقييم قدرتهما في معالجة نفايات سائلة مصطنعة ناتجة عن انحلال مسحوق صبغة VBB في الماء المقطر، ومقارنة فعاليتها مع مسحوق الفحم المنشّطِ، المستخدم على نطاق واسع، والمعروف بقدرته المهمة جدا على الإد مصاص. تم تحديد الكميات المثلى للمواد المازة اللازمة اضافتها وكذا الأزمنة الكافية للوصول الى حالة الاتزان. ومن تم انجاز متساويات حرارة الامتزاز عند درجة 25 مئوية. لوحظ من خلال هذه الدراسة الى ان عملية استجذاب المواد المازة الثلاثة لجزيئات الصبغة تكون أعلى مع الكرتون المستعمل، يليه مسحوق الفحم المنشّطِ ثم نشارة الخشب. كما استخلص الى ان الامتزاز يعتمد بقوة على درجة حموضة الوسط، والى وجود تناسب طردي بين معدلات الإد مصاص للصبغة من طرف المواد المدروسة ودرجة الحرارة. نماذج حركية مختلفة تم تقييمها لتحاكي البيانات التجريبية للامتزاز (نموذج شبه الدرجة الأولى، شبه الدرجة الثانية، والانتشار داخل الجسيمات)، على غرار المعلمات الديناميكية الحرارية. النتائج أظهرت ان النموذج الحركي شبه الدرجة الثانية يحاكي تماما تفاعلات الامتزاز، في حين يعد الانتشار داخل الجسيمات خطوة حاسمة بعد الدقائق الأولى من الاتصال. سمحت لنا بيانات اتزان الامتزاز بتحديد الفواصل الزمنية التي بدت فيها ملائمة نماذج لنغمير وريدلش-بترسون مثالية. وأخيرا أكدت جميع النتائج المتحصل عليها إمكانية استخدام نشارة الخشب والكرتون المستعمل وكذا مسحوق الفحم المنشّطِ لإزالة الصبغة المعنية من الماء. اذ يعد الكرتون المستعمل الأقوى من بينها، بقدرة إد مصاص أعلى مرتين مقارنة بمسحوق الفحم المنشّطِ وخمسة مرات مقارنة بنشارة الخشب.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------resume en français-------------------------------------------------------------------------------------------Les eaux usées sont très souvent enrichies en colorants synthétiques issus des activités de certains industries, leur rejet dans le milieu naturel sans traitement adéquat entraîne une eutrophisation rapide du réseau hydrographique de surface. L’objectif de cette thèse est de caractériser et d’étudier la possibilité de rétention du Victoria bleu basique (VBB), un colorant cationique susceptible d’être présent dans les eaux résiduaires de l’industrie textile, par deux adsorbants disponibles en quantité suffisante comme déchets d’origine naturelle partout dans le monde, en vu de les valoriser en produits aux applications environnementales. A cet effet la sciure de bois et le carton usagé ont été sélectionnés et préparés par broyage mécanique pour produire des fractions inférieures à 200 μm. Ces rétenteurs ont été analysés par diffraction des rayons-X, microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie (MEB/EDS), spectroscopie infrarouge (IR). Les analyses texturales ont été conduites par analyseur de surface B.E.T. Les rétenteurs ont ensuite été évalués dans le traitement en batch d’un effluent synthétique obtenu par dissolution de la poudre du Victoria bleu basique dans l’eau distillée, et leur efficacité a été comparé avec le charbon actif en poudre, qui est le solide le plus sollicité vu ses capacités d’adsorption très importantes. Les doses optimales et les temps d’équilibres ont été déterminés. Les isothermes de rétention ont ensuite été construites à 25°C. L’affinité du colorant pour les trois adsorbants est plus importante pour le carton usagé, ensuite le charbon actif en poudre et enfin la sciure de bois. L’adsorption dépend fortement du pH. Les taux de rétention du VBB sur les trois solides sont très dépendants de la température et ils augmentent dans le même sens avec elle. Plusieurs modèles cinétiques (pseudo-premier ordre, pseudo-second ordre, et de diffusion intraparticulaire) ont été évalués, de même que les paramètres thermodynamiques. Les réactions d’adsorption sont parfaitement décrites par le modèle de pseudo-second ordre et que la diffusion intraparticulaire est une étape déterminante après les premières minutes de contacte. Les données des équilibres d’adsorption permettent de définir des intervalles où l’adéquation aux modèles de Langmuir et Redlich-Peterson semble parfaite. L’ensemble des résultats obtenus confirme la possibilité d’utiliser la sciure de bois, le carton usagé et le charbon actif en poudre pour décolorer les eaux. Cependant le carton usagé présente de plus fortes potentialités par rapport aux autres adsorbants testés, avec une capacité d’adsorption qui est deux fois supérieure à celle du CAP et cinq fois supérieure à celle de la SB. --------------------------------------------------------------------------------------------------resume en anglais-----------------------------------------------------------------------------------------------Wastewater is very often enriched with synthetic dyes resulting from the activities of some industries; their release into the natural environment without adequate treatment leads to rapid eutrophication of the surface hydrographic network. The aim of this thesis is to characterize and study the possibility of retaining Victoria Blue Basic (VBB), a cationic dye susceptible to be present in wastewater generated from the textile industry, by two adsorbents available in sufficient quantities as natural waste found all over the world; the ultimate aim is to valorize these products in areas of environmental application. For this purpose, sawdust and used cardboard were selected and prepared by mechanical grinding to produce fractions less than 200 microns. These materials were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM / EDS) and infrared spectroscopy (IR). Surface analyzes were conducted using B.E.T. The materials were then evaluated under batch conditions for the treatment of a synthetic effluent obtained from the dissolution of VBB powder in distilled water, while their removal effectiveness was compared with powdered activated carbon, which is a widely used material well known for its very important adsorption capacity. Optimal doses and equilibrium times were determined. The retention isotherms were then constructed at 25 °C. The affinity of the dye for each adsorbent was found to be highest for used cardboard, followed by activated carbon powder and finally sawdust. Adsorption was found to be strongly dependent on pH. The retention rates of VBB on the three solids was proportional to temperature. Several kinetic models (pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intra-particular diffusion) were evaluated, as well as thermodynamic parameters. The adsorption reactions are perfectly described by a pseudo-second order model, whereas the intra-particular diffusion is a decisive step after the first few minutes of contact. The adsorption equilibrium data allowed us to define intervals where the suitability for the Langmuir and Redlich-Peterson models seemed perfect. All results obtained confirm the possibility of using sawdust, used cardboard and activated carbon powder to remove color from water. However, used cardboard had higher removal capacity compared to the other tested adsorbents, with an adsorption capacity twice higher than that of CAP and five times higher that of SB.