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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scienfique Université Mohamed Chérif Massaadia Souk-Ahras Faculté des Sciences et De Technologie Département de sciences de la matière MEMOIRE Présenté en vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER En chimie physique et analytique Option : Environnement et traitement des eaux Par : Melle Nora SEDIRA Directeur de mémoire : Y. HAMLAOUI M.C. Univ. Mohamed-Chérif Messaidia S/A Président : Mr. A. GHEID Pr. Univ. Mohamed Chérif Messaidia-S/A Rapporteur : Mr. M. H. SAMMAR Pr. Univ. Badji Mokhtar-Annaba. Rapporteur : Melle. S. DJERAD Pr. Univ. Badji Mokhtar-Annaba. Membre invité : Melle. S. BOURANENE M.C. Univ. Mohamed Chérif Messaidia-S/A Année universitaire 2012-2013 Etude de l'adsorption des métaux lourds sur un charbon actif issu de noyaux de dattes Remerciement Le grand merci c’est à Dieu le très haut qui m’a aidé de réaliser ce travail. Je remercie "Melle Saliha BOURANENE" maître de conférences à l'université de Mohamed Chérif Messaadia Souk-Ahras pour sa disponibilité, pour son savoir- faire, ses conseils, son guide, sa tolérance et sa gentillesse. Elle m’a permis de réaliser ce mémoire dans les meilleures conditions. Sa compétence, sa patience, son enthousiasme et l’attention particulière avec laquelle elle a suivi et dirigé ce travail ont permis son aboutissement à temps. J’ai acquis une méthodologie de travail bien organisée afin de ne pas se tromper de chemin. Je remercie "Mr Youcef HAMLAOUI" maître de conférences à l'université de Mohamed Chérif Messaadia Souk-Ahras pour son aide et sa générosité et qu'il trouve ici la marque de mon respect. Qu'il me permet de le remercier pour ses précieux conseils, pour ses idées nobles, ses orientations claires et toujours judicieuses qui s'ajoutent à un esprit et un comportement hautement humains. A l'adresse de "Mr Abd Elhak GHEID" professeur à l'université de Mohamed Chérif Messaadia Souk-Ahras, j'exprime mes plus vifs sentiments de très hautes considérations d'avoir accepté de présider le jury, malgré ses diverses préoccupations inhérentes à ses hautes responsabilités et ceci m'honore amplement. Nous remercions vivement les membres du jury"Mr Mohamed el Haddi SAMMAR" professeur à l'université de Badji Mokhtar Annaba, ainsi que"Melle Souad DJERAD" professeur à l'université de Badji Mokhtar Annaba qui nous ont fait le grand honneur pour la lecture de ce mémoire et aussi d’avoir accepté de juger notre travail, qu'ils trouvent ici l'expression de nos sentiments les meilleures et nos remerciements les plus sincères en guise de notre humble reconnaissance pour la tension qu'ils ont prêtée à notre travail. Notre reconnaissance s’adresse à toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont généreusement contribué à l’élaboration de ce mémoire. Et ainsi que le chef et tous les fonctionnaires du laboratoire de chimie de Souk/Ahras. Remerciement Un grand merci c’est à dieu le très haut qui m’aidé de réaliser ce travail Mme Bouranene Saliha avec disponibilité son savoir-faire ,ses conseils, son guide, sa patience et tolérance et sa gentillesse, elle m’a permis de réaliser cette thèse dans les meilleures conditions. Sa compétence, sa patience, son enthousiasme et l’attention particulière avec laquelle elle a suivi et dirigé ce travail ont permis son abouti ossement à temps. J’ai acquis une méthodologie de travail bien organisée afin de ne pas se tromper de chemine Nous remercions vivement les membres du jury qui nous ont fait le grand honneur pour la lecture de ce mémoire et aussi d’avoir accepté de juger notre travail. Notre reconnaissance s’adresse à toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont généreusement contribués à l’élaboration de ce mémoire. Et ainsi que le chef et tous les fonctionnaires du laboratoire de chimie de Souk/Ahras. Dédicaces Après de longues années ce modiste manuscrit voit enfin le jour Je le dédie d’abor les deux prunelles de mes yeux mais adorables mon père Aucun hommage ne pourrait être à la hauteur de vos Sacrifices, Amon amis qui est toujours à mes cotés Vos encouragements constants ont toujours été pour moi Des plus précieux. Et surtout mes frères et mes sœurs À toutes ma famille sedira Et à tous mes amis surtout M. Yazid Et la direction du commerce Pour tout l'encouragement et le soutien que j'ai trouvé Auprès de vous. Je vous aime tous et j'espère que la vie vous préservera Plein de bonheur, De réussite, de prospérité et une très bonne santé. SOMMAIRE ﺺ ﻣﻠﺨ............................................................................................................................................. Abstract ....................................................................................................................................... Résumé ........................................................................................................................................ Introduction générale .............................................................................................................1 Chapitre I: Pollution par les métaux lourds ..........................................................................3 I.1. Introduction ..........................................................................................................................3 I.2. Définition .............................................................................................................................4 I.3. Effet des métaux lourds sur la santé et l'environnement......................................................5 I.3.1. Effet sur la santé ...............................................................................................................5 I.3.2. Effet sur l’environnement .................................................................................................7 I.4. Source d’émission ................................................................................................................7 I.5. Les rejets des métaux lourds dans l’eau ..............................................................................8 I.6. Métaux lourds ......................................................................................................................9 I.6.1. Le plomb ...........................................................................................................................9 I.6.1.1. Caractéristiques et propriétés .........................................................................................9 I.6.1.2. Caractéristiques physico-chimiques ............................................................................10 I.6.1.3. Contamination de l'eau ................................................................................................10 I.6.1.4. Toxicité ........................................................................................................................11 I.6.2. Le zinc ............................................................................................................................12 I.6.2.1. Propriétés chimiques ...................................................................................................13 I.6.2.2. Effet sur la santé .........................................................................................................13 I.6.2.3. Effet sur l’environnement ............................................................................................14 I.6.3. Le Cuivre ........................................................................................................................15 I.6.3.1. Origine des contaminations .........................................................................................15 I.6.3.2. Propriétés chimiques ....................................................................................................16 I.6.3.3. Effet du cuivre sur l'homme et l'environnement .........................................................16 I.6.4. Le cobalt .........................................................................................................................16 I.6.4.1. propriétés chimiques...................................................................................................17 I.6.4.2. Effet du cobalt sur la santé ..........................................................................................17 I.6.4.3. Impact du cobalt sur l’environnement .......................................................................18 I.6.4.4. Toxicité, écotoxicité du cobalt ...................................................................................19 I.7. Procédés utilisés pour éliminer les métaux lourds .............................................................20 I.7.1. Procédés de transfert liquide-solide ................................................................................21 I.7.1.1. Electrolyse ...............................................................................................................21 I.7.1.2. Précipitation ...............................................................................................................21 I.7.1.3. Echange d’ion ..............................................................................................................22 I.7.1.4. Adsorption ...................................................................................................................22 I.7.2. Procédés de transfert membranaire .................................................................................22 I.7.2.1. Osmose inverse ...........................................................................................................22 I.7.2.2. Electrodialyse .............................................................................................................22 I.7.3. Procédés biologiques ......................................................................................................23 I.7.3.1. Phénomène de biosorption ..........................................................................................23 I.7.3.1.1. Biosorbants et leurs structures des parois ................................................................23 I.8. Conclusion .........................................................................................................................24 Références bibliographiques ...................................................................................................24 Chapitre II : Généralités sur l'adsorption ...........................................................................30 II.1. Introduction ......................................................................................................................30 II.2. Définition et description générale de l’adsorption ...........................................................30 II.3. Paramètres influant sur l’adsorption .................................................................................30 II.4. Comment l'adsorption a-t-elle lieu ? ................................................................................31 II.5. Type d’adsorption ............................................................................................................32 II.5.1. Physisorption ...............................................................................................................32 II.5.2.Chimisorption ...............................................................................................................33 II.5.3. Application ..................................................................................................................33 II.6. Description du mécanisme d'adsorption ...........................................................................35 II.7. Équilibre d’adsorption sur un solide ...............................................................................35 II.7.1. Cinétique d'adsorption...................................................................................................35 II.8. Isothermes d'adsorption ...................................................................................................36 II.8.1. Classification des isothermes d'adsorption ................................................................37 II.8.2. Modèle d'isotherme d'adsorption ...................................................................................39 II.8.2.1. Modèle de Langmuir ..................................................................................................39 II.8.2.2. Théorie de BET ..........................................................................................................41 II.8.2.3. Modèle de Freundlich .................................................................................................41 II.9. Types d'adsorbants ...........................................................................................................43 II.9.1. Charbons actifs .............................................................................................................43 II.9.2. Adsorbants minéraux ...................................................................................................43 II.9.2.1. L’argile .......................................................................................................................43 II.9.2.2. La zéolithe ..................................................................................................................43 II.9.2.3. L’alumine activée .......................................................................................................44 II.9.2.4. Le gel de silice ............................................................................................................44 II.9.3. Adsorbants à base de polymère .....................................................................................44 II.10. Facteurs influençant le phénomène d’adsorption ...........................................................45 II.10.1. La température .............................................................................................................45 II.10.2. Facteurs caractérisant l’adsorbat .................................................................................45 II.10.3. Facteurs caractérisant l’adsorbant ...............................................................................45 II.11. Application de l’adsorption en phase liquide ................................................................46 II.12. Conclusion ......................................................................................................................46 Références bibliographiques ....................................................................................................47 Chapitre III : Etude de la préparation de charbon actif à partir des matériaux organiques ..............................................................................................................................50 III.1. Introduction .....................................................................................................................50 III.2. Origine de charbon ..........................................................................................................51 III.3. Définition ........................................................................................................................52 III.4. Propriétés ........................................................................................................................54 III.4.1. Le volume poreux et la taille des pores .......................................................................54 III.4.2. Le degré d’activation ..................................................................................................57 III.4.3. La surface spécifique ...................................................................................................57 III.4.4. La surface externe ........................................................................................................57 III.4.5. Les caractéristiques physiques .....................................................................................59 III.4.6. La granulométrie ..........................................................................................................59 III.4.7. La dureté ......................................................................................................................59 III.4.8. La masse volumique .....................................................................................................59 III.4.9. Le taux de cendre .........................................................................................................59 III.4.10. Les fonctions de surface .............................................................................................59 III.4.11. Les caractéristiques chimiques ...................................................................................60 III.5. Qualité et performances ..................................................................................................60 III.6. Utilisations ......................................................................................................................61 III.6.1. Filtration .......................................................................................................................61 III.6.2. Chimie ..........................................................................................................................62 III.6.3. Industrie .......................................................................................................................62 III.6.4. Autres utilisations ........................................................................................................62 III.6.5. Alimentation .................................................................................................................63 III.7. Fabrication de charbon actif ...........................................................................................65 III.8. Les précurseurs utilisés pour la fabrication de charbon actif ..........................................68 III.9. Exemple de préparation de charbon actif à partir d'un matériau organique: noyaux de dattes ........................................................................................................................................69 III.9.1. Origine de noyaux de dattes ........................................................................................69 III.9.2. Fabrication de charbon actif ........................................................................................70 III.9.2.1. Composition chimique ..............................................................................................71 III.9.2.2. Mode de préparation ................................................................................................71 III.9.2.3. Imprégnation ............................................................................................................72 III.9.2.4. Activation .................................................................................................................72 III.10. Conclusion ....................................................................................................................73 Références bibliographiques ....................................................................................................75 Chapitre IV : Partie expérimentale ......................................................................................80 IV.1. Méthode de dosage .........................................................................................................80 IV.1.1. Principe ........................................................................................................................81 a) La spectrophotométrie UV-Visible ......................................................................................81 b) Loi de Beer-Lambert ............................................................................................................82 c) Mesure de l'absorbance ........................................................................................................83 IV.1.2. Méthode expérimentale de dosage ...............................................................................83 IV.2. Préparation du charbon à base de Noyaux de datte ........................................................84 IV.2.1. Charbon brut ...............................................................................................................84 IV.2.2. Charbon carbonisé .......................................................................................................85 IV.2.3. Charbon activé .............................................................................................................85 IV.3. Caractérisation de charbon .............................................................................................85 IV.3.1. Granulométrie ..............................................................................................................85 IV.3.2. Taux d’humidité ...........................................................................................................86 IV.3.3 Densité...........................................................................................................................86 IV.3.4. Mesure de pH...............................................................................................................86 IV.4. Solutions et réactifs utilisés ............................................................................................86 IV.4.1. Préparation d’une solution tampon pH=10 ..................................................................86 IV.4.2. Préparation d’EDTA ...................................................................................................86 IV.4.3. Solutions mères des cations métalliques ......................................................................86 IV.5. Elimination des cations métalliques par adsorption .......................................................87 IV.6. Optimisation des conditions opératoires d'adsorption des ions de plomb sur charbon actif ...........................................................................................................................................88 IV.6.1. Temps de contact .........................................................................................................88 IV.6.2. Masse du charbon actif ................................................................................................89 IV.6.3. Rapport volume du liquide / masse du solide ..............................................................89 IV.6.4. Vitesse d’agitation .......................................................................................................89 IV.6.5. Température .................................................................................................................89 IV.6.6. pH .................................................................................................................................89 IV.6.7. Force ionique ...............................................................................................................90 IV.7. Comparaison de la capacité d'adsorption entre un charbon actif issu de noyaux de dattes et un charbon actif commercial ................................................................................................90 IV.8. Adsorption de plomb sur charbon activé issu de noyaux de dattes en présence d'un autre élément .....................................................................................................................................90 Résultats et Interprétations .......................................................................................................91 IV.9. Résultats de dosage par spectrophotométrie UV-Visible ...............................................91 A) Plomb contenu seul en solution ........................................................................................91 B) Plomb mélangé avec le cobalt en solution ..........................................................................93 C) Plomb contenu avec d'autres éléments en solution uploads/Geographie/ 2013-966-0a053-pdf.pdf