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الجمهىريت الجسائريت الديمقراطيت الشعبيت République Algérienne Démocratique et P

الجمهىريت الجسائريت الديمقراطيت الشعبيت République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي والبحث العلمي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Mémoire présentée en vue de l’obtention Du diplôme de Master en : Génie des Procédés Option : Génie de l’environnement L’adsorption du bleu de méthylène sur l’argile brute de Touggourt Présenté par : Chaheb Naima Devant le jury composé de : Président: Mme . DHIAFI Malika Encadreur : Mr. FADEL Ammar Examinateur : Mr. CHEBBI Rachid Promotion Juin 2016 Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Chimie Industrielle جامعة محمد خيضر بسكرة كلية العلوم و التكنولوجية قسم :الكيمياء الصناعيت REMERCIEMENT Tous d’abord je remercie mon grand dieu pour m’avoir donnés la santé, le courage et la volonté pour achever mon travail. Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au sein du laboratoire de chimie industrielle de l’Université Mohamed Khider de Biskra, sous la direction du Monsieur Fadel Ammar. Je tiens à la remercier pour la confiance qu’elle a bien voulu m’accorder en proposant ce sujet et d’avoir dirigé ce mémoire. Je lui exprime ma profonde gratitude pour ses conseils et son aide pour avoir dirigé la réalisation des expériences avec patience et efficacité, tant pour l’esprit critique et la disponibilité. Je dois toute ma reconnaissance à Madame Dhiafi Malika, Professeur à l’université de Biskra, pour avoir accepté de présider ce jury. J’exprime mes profonds remerciements à Monsieur Chebbi Rachid, Professeur à l’université de Biskra, pour l’honneur qu’elle me fait en acceptant d’examiner ce travail et de participer à ce jury. Mes remerciements les plus sincères aussi pour tous les enseignants de mon département pour leur patience et leurs efforts à la cour de ma formation de master. DEDICACE Je dédie ce modeste travail A mes chers parents Qu’ils trouvent ici l’hommage de ma gratitude qui, si grande qu’elle puise être, ne sera jamais à la hauteur de leur éloquence et leur dévouement. Aucune dédicace ne pourra exprimer la profondeur de mes sentiments. A mes sœurs A mes frères A tous celles qui me sont chère à mon cœur A tous qui m’ont aidé pour préparer ce travail, de pris ou de loin, même avec un mot d’encouragement et de gentillesse. Sommaire Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale……………………………………………………………………………. 01 CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAFIQUE I-1-Introduction…………………………………………………………………………….......... 03 I-2-Types d'adsorption……………………………………………………………………........... 03 I-2-1-Adsorption physique:(ou physisorption)………………………………………………...... 04 I-2-2-Adsorption chimique:(ou chimisorption)………………………………………………..... 04 I-3-Différents types d’adsorbants……………………………………………………………….. 05 I-4-Cinétique d’adsorption……………………………………………………………………… 05 I-5-Facteurs influençant à l’équilibre d’adsorption……………………………………………... 05 I-6-Description du mécanisme d'adsorption…………………………………………………….. 06 I-7-Isothermes d’adsorption…………………………………………………………………….. 07 I-7-1-Expressions mathématiques de quelques isothermes……………………………………... 07 I-7-1-1-Modèle de Langmuir……………………………………………………………………. 07 I-7-1-2-Modèle de Freundlich…………………………………………………………………... 08 I-7-1-3-Modèle de BET (Brunaue, Emmett, Teller)…………………………………………….. 09 I-8-Domaine d’application de l’adsorption………………………………………………........... 10 I-9-Les adsorbants…………………………………………………………………………......... 10 I-9-1-Généralités…………………………………………………………………………............ 10 І-9-2-Formation des argiles……………………………………………………………………... 10 I-9-3-Structure des argiles………………………………………………………………............. 11 I-9-4-Utilisations des argiles…………………………………………………………………..... 12 I-10-Les colorants……………………………………………………………………………...... 13 I-10-1-Généralités……………………………………………………………………………...... 13 I-10-2-Classification…………………………………………………………………………….. 14 I-10-2-1-Classification chimique………………………………………………………………... 14 I-10-2-2-Classification tinctoriale………………………………………………………............. 14 I-10-3-L’adsorption du bleu de méthylène……………………………………………………… 15 Sommaire I-10-4-Toxicité des colorants……………………………………………………………………. 15 Conclusion……………………………………………………………………………......... 16 CHABITRE II : PARTIE EXPERIMENTALE II-1-Introduction………………………………………………………………………………… 18 II-2-Matériels et appareillage…………………………………………………………………… 18 II-2-1-Matériels utilises………………………………………………………………………..... 18 II-2-2-Appareillage………………………………………………………………………............ 18 II-3-Les produits utilisés……………………………………………………………………........ 19 II-4-Préparation Solution mère de BM………………………………………………………...... 21 II-5-Optimisation de l’adsorption du colorant sur l’argile brute de Touggourt…........................ 21 II-5-1-Les expériences d’adsorption…………………………………………………….............. 21 II-6-Résultat et discussion……………………………………………………………………..... 23 II-6-1-La diffraction des rayons X(DRX) de l’argile brute de Touggourt……………………… 23 II-6-2-Spectroscopie infrarouge(IRTF) de l’argile brute de Touggourt………………………… 25 II-6-3-Effet de la concentration initiale sur la capacité d’adsorption…………………………… 26 II-6-4-Effet du temps de contact sur la performance d’adsorption……………………………... 27 II-6-5-Effet de la masse de l’adsorbant sur la performance d’adsorption……………………..... 28 II-6-6-Effet de pH sur la performance de l’adsorption………………………………………...... 28 II-6-7-Effet de température sur la performance de l’adsorption………………………………… 29 II-7-Modélisation des isothermes d’adsorption du BM sur l’argile brute de Touggourt……….. 30 II-7-1-Isotherme de Freundlich………………………………………………………………..... 31 II-7-2-Isotherme de Langmuir……………………………………………………………........... 31 II-7-3-Isotherme de Temkin……………………………………………………………….......... 32 II-8-Modélisation de la cinétique d’adsorption………………………………………………..... 33 II-8-1-Modèle de la cinétique du pseudo premier ordre………………………………………… 33 II-8-2-Modèle de la cinétique du pseudo- second ordre………………………………................ 34 Conclusion………………………………………………………………………………...... 36 Conclusion générale…………………………………………………………………………….. 38 Références bibliographiques Sommaire Liste des figures Liste des figures Figure I-1:Schéma de l’adsorption physique………………………………………………. 03 FigureI-2:Mécanisme du transport d’un adsorbat au sein d’un grain du solide 1-diffusion externe;2-diffusion interne (dans les pores);3-migration en surface…………… 08 Figure I-3:Model d’adsorption de Langmuir………………………………………………. 08 Figure I-4:Modèle d’adsorption de multicouches………………………………………….. 09 FigureI-5:La couche tétraédrique est composée de tétraèdres Si4+ entourés de quatre anions O-2 aux sommets…………………………………………………............ 11 Figure I-6 : La couche octaédrique est constituée d’Al3+, généralement, entourés de six hydroxyles OH……………………………………………………………………………… 11 Figure I-7: Molécule de bleu de méthylène; a) Structure chimique b) Volume rectangulaire…………………………………………………………………….. 15 Figure II-1:Spectrophotomètre UV visible model Perkin Elmer lambda 25…………….... 19 Figure II-2:L’argile brute de Touggourt………………………………………………….... 20 Figure II-3:La formule du bleu de méthylène……………………………………………… 20 Figure II-4:Courbe d’étalonnage du bleu de méthylène testé……………………………… 21 Figure II-5:Agitateur (j’er teste) pour différentes concentrations………………………….. 22 Figure II-6 : Spectre diffraction des rayons X de l’argile brute de Touggourt……………. 23 Figure II-7 : Spectre infrarouge de l’argile brute de Touggourt…………………………... 25 Figure II-8:(a) Influence de la concentration initiale de BM sur la capacité d’adsorption du BM sur l’argile brute de Touggourt. (b) Le taux d’élimination du bleu de méthylène sur l’argile en fonction de concentration…………………………………………………… 26 Liste des figures Figure II-9:(a) Influence du temps de contact sur la capacité d’adsorption du BM sur l’argile brute de Touggourt. (b) Le taux d’élimination du bleu de méthylène sur l’argile en fonction du temps de contact ……………………………………………………………. 27 Figure II-10 :(a) Influence de la masse de l’argile brute de Touggourt et le rendement sur la capacité d’adsorption du BM. (b) Le taux d’élimination du bleu de méthylène sur l’argile en fonction de la masse de l’argile…………………………………………………. 28 Figure II-11:(a) Influence du pH sur la capacité d’adsorption du BM sur l’argile brute de Touggourt. (b) Le taux d’élimination du bleu de méthylène sur l’argile en fonction de pH. 29 Figure II-12: (a)Influence de la température sur la capacité d’adsorption du BM sur l’argile brute de Touggourt. (b) Le taux d’élimination du bleu de méthylène sur l’argile en fonction de la température……………………………………………………………… 30 Figure II-13: Isotherme de l’adsorption de BM par l’équation de Freundlich……………. 31 Figure II-14:Isotherme de l’adsorption de BM par l’équation de Langmuir………………. 31 Figure II-15: Isotherme de l’adsorption de BM par l’équation de Temkin………………... 32 Figure II-16:Application du modèle cinétique du pseudo-premier ordre du BM sur l’argile brute de Touggourt…………………………………………………………………. 34 Figure II-17:Application du modèle cinétique du pseudo-second ordre du BM sur l’argile brute de Touggourt………………………………………………………………………….. 35 Liste des tableaux Liste des tableaux Tableau I.1:Principales Différences entre l'adsorption physique et l'adsorption chimique... 04 Tableau I-2:Les principales utilisations de l’argile………………………………………... 11 Tableau I.3:Relation entre la fréquence absorbée et la couleur transmise,………………... 13 Tableau I-4:Principaux groupes chromophores et auxochromes, classés par intensité croissante………………………………………………………………………………….... 14 Tableau II-1:Caractéristique minéralogique de l’argile brute de Touggourt……………… 19 Tableau II-2 : Résultats d’analyse par rayon X……………………………………………. 24 Tableau II-3 : Bandes d’adsorption IR de l’argile brute de Touggourt…………………… 25 TableauII-4:Coefficients de corrélation et paramètres d’adsorption déduits du modèle de Langmuir et du modèle de Freundlich et du modèle de Temkin après adsorption du BM sur l’argile avec agitation 200 tr/min…………………………………... 33 Tableau II-5: Valeurs des coefficients de corrélation des deux modèles cinétiques linéarités avec les résultats expérimentaux, et valeurs calculées de certains paramètres…... 35 Nomenclature Nomenclature Symbole Signification Unité q e quantité adsorbée par gramme du solide [mg/g] n Constante relative à l’affinité entre l’adsorbat et la surface. [sans unité] q m Capacité de rétention mono moléculaire [mg/g] B La constante de Langmuir Sans unité Ce Concentration de l’adsorbat à l’équilibre d’adsorption [mg/l] RL Le facteur de séparation [Sans unité] KL La constante de Langmuir [l/mg] C0 Concentration initiale [mg/l] T Température [k] R Constante des gaz parfait [J/mol k] A Constante de l’isotherme de Temkin [l/g] B Constante de Temkin liée à la chaleur d’adsorption [J/mol] b T Fonction de la chaleur d’adsorption [Sans unité] q t Capacité adsorbée au temps t [mg/g] KB Constante de BET [Sans unité] C Concentration au temps [mg/l] m masse de l’adsorbant [g] M Masse molaire [g/mol] V Volume de la solution [l] R Rendement [%] R2 Coefficient de corrélation [Sans unité] d Distance réticulaire [A0] BM Bleu de Méthylène / Na OH Hydroxyde de sodium / H Cl Acide de chlorhydrique / Introduction Générale 1 Introduction Générale L’eau est à l’origine de la vie sur la terre. Pourtant, diverses activités humaines : industrielles, urbaines ou agricoles, provoquent sa pollution. A titre d’exemple, les teintures synthétiques utilisées en industrie textile sont déversées directement dans l’environnement aquatique sans aucun traitement préalable. Suite à cette grande menace de l’environnement, de nombreux travaux ont été réalisés sur la dépollution de l’eau au cours de ces dernières années. Plusieurs techniques de dépollution sont développées, dont l’adsorption est la plus employée [1]. Une solution alternative consisterait à utiliser d’autres matériaux adsorbants efficaces et plus économiques. Notre choix a porté sur un matériau qui se trouve en abondance en Algérie(Touggourt), c’est l’argile à l’état brute. Les colorants comme le bleu de méthylène a la réputation d’êtres des substances toxiques et persistantes dans l’environnement donc ils nécessitent la technique de l’adsorption pour les dégrader. L’objectif uploads/Geographie/ 0-19-resume.pdf