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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 Scientifique Université A. MIRA-BEJAIA Faculté de Technologie Département de Génie des Procédés Mémoire de Master Filière : Génie des Procédés Option : Génie chimique Thème Soutenu le : 29/06/2015 Présenté par : BENIKEN Ouarda BENBERKANE Ishak Devant le jury: Mr M. BERKANI President Mme K. KOUACHI Examinatrice Mr I. YAHIAOUI Examinateur Mr A. SOUALAH Promoteur 2014-2015 Elimination du bleu de méthylène en solution aqueuse par deux procédés : Adsorption et Photocatalyse L’enseignement devrait être ainsi : celui qui le reçoit le recueille comme un don inestimable mais jamais comme une contrainte pénible. C’est le rôle essentiel du professeur d’éveiller la joie de travailler et de connaître. C’est la devoir de chaque homme de rendre au monde au moins autant qu’il en a reçu. Albert EINSTEIN Remerciements Nous remercions tout d’abord le bon dieu, qui nous a donné le courage, la patience et la volonté pour réaliser ce travail. Nous tenons à adresser nos sincères remerciements à Mr Ahcene. SOUALAH professeur à l’université A.Mira Bejaia d’avoir accepté de nous encadré durant la réalisation de cette étude. Nous tenons à remercier tous les membres du Jury d’avoir accepté de juger notre travail. Nos remerciements s’adressent également à tous les enseignants qui ont participé à notre formation tout au long de notre cursus. Nous remercions tout particulièrement Mr Idris YAHIAOUI et Farouk BOUDRAHEM qui nous ont apporté un grand soutien. On tient à adresser nos vifs remerciements à tous les membres des laboratoires du Bloc 11 (Mme BERADAI Fatima, Wahiba, Yassmina, Kahina, Mekki, Mme BENAMOR, Kasmi Ryma, FOURA Ghania, CHAOUATI Nourredine, 3amou Hassen, Magda, Nesrine) ainsi que l’ensemble des techniciens et ingénieurs du département Génie des procédés. Nous ne pouvons pas oublier de remercier tous les membres de nos familles pour leurs soutiens et leurs encouragements. Merci à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail. A la mémoire de ma grand-mère Je dédie ce travail à tous ceux qui m’aiment ;) Mes chers parents et mes frères Mes tantes et oncles (Zira,Tita ,Lydia, Zahra, Chérif ,Mourad, Nassim). Mes cousins et cousines A Sonia Mes amis et mes amours. (Nawel,Meriem, Mamou, Sahra, Lynda) A Moki B.Ouarda Je dédie ce modeste travail à mes très chers parents que j’affectionne de toute mon âme, qui m’ont toujours encouragé et donner beaucoup de volonté. Combien sacrés pour moi leurs précieux conseils, leurs soutiens moraux ont été pour moi la source de mon énergie et de ma persévérance à aller de l’avant. A mes sœurs Nadia et Asma ET aussi a Melle MOUSSAOUI Dihia Une spéciale dédicace à mes défunts grands-parents. Sans oublier AIT OUALI Idir, AREZOUG Mahfoud, ARAOUN Meriem et BELDJOUDI Sabrina B. Ishak Sommaire Liste des abréviations Liste des figures Liste des tableaux Introduction…………………………………………………………………………………….1 CHAPITRE I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE I-Généralités……………………………………………………………………………………3 I-1- Pollution des eaux…………………………………………………………………………4 I-1-1-La pollution naturelle…………………………………………………………………….4 I-1-2-La pollution industrielle………………………………………………………………….4 I-2-Pollution des eaux par des colorants……………………………………………………….5 I-2-1-Classification des colorants……………………………………………………………...6 I-2-2- Toxicité des colorants………………………………………………………………….10 I-2-3-Impact sur l’environnement et la santé…………………………………………………10 I-3-Méthodes de dégradation des colorants dans les eaux usées……………………………..10 I-3-1-Méthodes biologiques…………………………………………………………………..10 I-3-2-Méthodes physiques…………………………………………………………………….11 I-3-3-Méthodes chimiques…………………………………………………………………...13 I-3-3-a-Méthodes de récupération…………………………………………………………….13 I-3-3-b-Méthodes d’oxydations classiques…………………………………………………...13 I-4-Procédés d’oxydations avancées (POA)………………………………………………….14 I-4-1-Procédés d’ozonation…………………………………………………………………...14 I-4-2- Procédé photochimique homogène UV………………………………………………..15 I-4-3-Photocatalyse homogène……………………………………………………………….16 I-4-4-La photocatalyse hétérogène……………………………………………………………18 a- Principe………………………………………………………………………………...19 b- Domaines d’application………………………………………………………………..22 Synthèse bibliographique…………………………………………………………………...23 c- Facteurs influençant la photocatalyse………………………………………………..24 Chapitre II Matériels et méthodes II-1Matériels et réactifs utilisés………………………………………………………………29 II-1-1 Matériels……………………………………………………………………………….29 II-1-2 Réactifs………………………………………………………………………………...30 II-1-2-1 Effluent étudié……………………………………………………………………….30 II-2 Description de l’installation……………………………………………………………...32 II-2-1-Dispositifs expérimentaux……………………………………………………………..32 II-3 Démarche expérimentale…………………………………………………………………35 II-4-Méthodes d’analyses……………………………………………………………………..36 II-4-1-Spectrophotométrie UV-visible………………………………………………………..36 II-4-2-Diffraction des rayons X………………………………………………………………38 II.4.3. Infra-rouge……………………………………………………………………………..39 Chapitre III Discussions des résultats III.1.Caractérisations physicochimiques des solides…………………………………………41 III.1.1.Diffraction des rayons X……………………………………………………………...41 III.1.2. Analyse par spectroscopie infrarouge : Bandes OH………………………………….44 III.2.Application………………………………………………………………………………47 III.2.1.Adsorption du bleu de Méthylène…………………………………………………….47 III.2.2.Etude de la photodégradation du bleu de méthylène…………………………………49 III.2.2.1.Effet des paramètres expérimentaux………………………………………....……..49 III.2.2.1.1.Effet de la concentration initiale du colorant sur l’oxyde de titane (TiO2) et l’oxyde de zinc………………………………………………………………………49 III.2.2.1.2.Effet de l’ajout du cuivre au ZnO (5%Cu-ZnO)………………………………….51 III.3.Etude cinétique de la photodégradation…………………………………………………52 Conclusion générale…………………………………………………………………………..53 Liste des abréviations POAs : Procédés d’Oxydation Avancée DBO5: Demande Biologique en Oxygène DCO : Demande Chimique en Oxygène UV : Ultra-violet SC : Semi-conducteur Eg : Energie de gap BV : Bande de Valence BC : Bande de Conduction λ : Longueur d’onde L-H : Langmuir-Hinshelwood TiO2 : Dioxyde de Titane ZnO : Dioxyde de Zinc PCZ : Point de Charge Zéro CoGB : Complexe des Corps Gras Bejaia ASTM : American Society for Testing and Materials IR : Infrarouge BM : Bleu de Méthylène Qt : Quantité adsorbée C : Concentration C0 : Concentration initiale T : Température V : Volume m : Masse Kr : La constante de vitesse de la réaction. K : La constante d’adsorption du réactif. C : La concentration à l’instant t. Ks : La constante d’adsorption du solvant. Cs : La concentration en solvant kapp, La constante de vitesse apparente. Int : Intensité. AV : Avant. AP : Aprés. Liste des figures Fig.I-1: Eau polluée par le bleu de méthylène………………………………………………..3 Fig.I-2: Principe de la photocatalyse…………………………………………………………19 Fig.I-3:Dégradation des polluants sur la surface du TiO2…………………………………..22 Fig.I-4:Domaines d’application de la photocatalyse……….……….…………………….....23 Fig.II-5:Centrifugeuse………………………………………………………………………..29 Fig.II-6: Dispositif d’adsorption...……………………………………………………………33 Fig.II-7:Dispositif expérimental de la photocatalyse………………………………..………34 Fig.II-8:Courbe d’étalonnage………………………………………………………………...37 Fig.II-9: Spectre d’absorbance du bleu de méthylène….……………………………………38 Fig.II-10:Diffractomètre à poudre……………………………………………………………39 Fig.III-12: Difractogrammes des différentes argiles.………………………………………..42 Fig.III-13: Spectres IR des argiles..………………………………………………………….44 Fig.III-14:Diffractogramme du TiO2………………………………………………………...46 Fig.III-15:Diffractogrammes des solides de ZnO pur et ZnO dopé au cuivre…………….47 Fig.III-16 : Evolution de la quantité adsorbée en fonction du temps sur différentes argile.......................................................................................................................................48 Fig.III-17: Image de la solution bleu de Méthylène préalablement traitée…………………49 Fig.III-18: Effet de la concentration initiale sur la photodégradation du bleu de Méthylène……………………………………………………………………………………..50 Fig.III-19: Dégradation du bleu de méthylène avec Cu-ZnO…………………….…………51 Fig.III-20:Effet de l’ajout du cuivre au ZnO (5% Cu)……………………………………….51 Fig.III-21:Modèle cinétique de premier ordre de la photodégradation du BM……….…….53 Liste des tableaux Tableau I-1: Origines des eaux usées 5 Tableau I-2: Principaux groupes chromophores et auxochromes 6 Tableau I-3: Caractéristiques de l’anatase et le rutile 27 Tableau II-1: Caractéristiques du bleu de méthylène 31 Tableau II-2: Caractéristiques des catalyseurs 32 II-3: Concentrations et absorbances du bleu de méthylène 37 Tableau III-1: Angle de diffraction et distances inter-réticulaires des phases argileuses (argile de COGB) 43 Tableau III-2: Angle de diffraction et distances inter-réticulaires des phases argileuses (argile Maghnia) 43 Tableau III-3: Angle de diffraction et distances inter-réticulaires des phases argileuses (argile de Mostaganem) 43 Tableau III-4: Angle de diffraction et distances inter-réticulaires des phases argileuses (argile de Semaoun) 44 TableauIII-5- Bandes d’absorbances IR 45 TableauIII-6- Dégradation du bleu de méthylène 50 Tableau III-7- Constantes de vitesses obtenues à partir du premier ordre 53 Introduction générale Introduction Générale 1 L'eau est l'élément central de tous les processus socio-économiques, quel que soit le degré de développement de la société. L'augmentation des activités agro-industrielles engendre une pression grandissante sur les réserves en eau douce de la planète. En effet, ces activités génèrent une grande diversité de produits chimiques qui se déversent dans le cycle de l'eau, mettant en péril le fragile équilibre naturel qui a permis à la vie de se développer sur la terre. Souvent, les substances chimiques contenues dans les eaux usées sont difficilement biodégradables et le manque ou l'insuffisance de systèmes de traitement mène ainsi à leurs accumulations dans le cycle de l'eau. La protection de l'environnement est devenue ainsi un enjeu économique et politique majeur. Tous les pays du monde sont concernés par la sauvegarde des ressources en eau douce, soit parce qu'ils manquent d'eau, soit parce qu'ils la polluent. La disparité entre les besoins et la disponibilité de l'eau demande un développement de nouveaux moyens d'acheminement et de traitement pour augmenter la disponibilité des ressources. Il est indispensable de protéger l'eau et il faut pouvoir fournir la quantité nécessaire à la consommation domestique et industrielle, recycler le plus possible les eaux usées et limiter les rejets polluants dans le milieu naturel. Mieux produire et moins polluer sont les défis auxquels sont confrontés les industriels de tout secteur. Les contraintes sous forme législatives et normatives sont de plus en plus drastiques. Des industries aussi diverses que la chimie, la pétrochimie, agro-alimentaire, le textile, ou la papeterie et les tanneries produisent des effluents très divers qui nécessitent chaque fois des investigations nouvelles et la mise au point de procédés spécifiques. Introduction Générale 2 Depuis toujours, le traitement des eaux s'est fait de manière biologique. Se basant sur l'autoépuration naturelle des eaux, l'homme a alors construit des systèmes de traitement biologique de plus en plus perfectionnés. Cependant, les stations de traitement biologiques ne peuvent pas traiter les substances difficilement biodégradables ou toxiques. Actuellement, dû au faible éventail de technologies de traitement in situ disponibles pour le traitement d'effluents contenant entre 1 et 10 g/L de DCO, une grande quantité d'industries ne peuvent traiter les eaux usées correctement. Des solutions simples et peu coûteuses sont alors fortement exigées pour que ces dernières puissent remplir les conditions exigées. Durant les dernières années, beaucoup de recherches ont porté sur des nouvelles méthodes de traitement comme l’adsorption et la technique d’oxydation. L’objectif de notre étude est de montrer les limites et l’intérêt uploads/Geographie/ elimination-du-bleu-de-methylene-en-solution-aqueuse-par-deux-procedes-adsorption-et-photocatalyse.pdf