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LICENCE D’ETUDES FONDAMENTALES Filière : SCIENCES DE LA MATIERE CHIMIE Projet T

LICENCE D’ETUDES FONDAMENTALES Filière : SCIENCES DE LA MATIERE CHIMIE Projet Tutoré Intitulé Soutenu le : 17/05/2016 Par l'étudiant(es) : Meryem Belaoula Soutenu le : 17/05/2016 Par l'étudiant(es) :  Meryem Belaoula  Yassmine Saadi  Fadoua Elfartouti Membres de jury : Mr A.Ghanimi Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat.… Modérateur Mme N.Labjar Professeur à l’ENSET de Rabat… Examinateur Mme S.El Hajjaji …Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat…..Encadrant Année Universitaire : 2015/2016 Adsorption des colorants par un déchet agroalimentaire : cas du bleu de méthylène et d’orange de méthyle Ce travail a été réalisé au Laboratoire de spectroscopie, modélisation moléculaire, matériaux et environnement de la faculté des sciences de Rabat en collaboration avec le département de chimie de l’APESA et de l’Ecole nationale supérieure des mines de Rabat (’ENSMR) sous la direction conjointe du professeur Mme S. El HAJJAJI. Nous adressons notre profonde reconnaissance à Mme S. EL HAJJAJI, Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat pour avoir accepté la charge d’encadrer nos travaux. Il nous est difficile de lui exprimer, en si peu de mots, notre profonde gratitude et notre estime pour son talent de chercheur, son esprit critique et ses grandes qualités humaines. Nous la remercions vivement pour ces remarques, ses encouragements, conseils efficaces ainsi que pour sa disponibilité qui ont en grande partie à l’origine de la réalisation de ce projet. Nous adressons nos sincères remerciements à Mr A.Ghanimi Professeur à la Faculté des Sciences Rabat, pour avoir accepté de juger ce travail et participer au jury. Nos sincères remerciements s’adressent également à Mme N.Labjar pour avoir accepté d’examiner ce travail et de participer au jury. Nous tenons à remercier les membres du département des sciences fondamentales et appliquées de l’APESA et l’ENSMR pour toute l’aide qu’ils nous ont apportée tout le long de ce travail. Pour finir, Nous tenons à adresser nos plus vifs remerciements à toutes les personnes qui par leur aide et leurs encouragements nous ont permis de réaliser ce travail dans les meilleures conditions. Introduction………………………………………………………………………………......1 Partie A : Etude bibliographique……………………………………………………….…..3 Chapitre 1: La pollution des eaux usées et leurs méthodes de traitement ……………….4 I. Définition:……………………………………………………………………………….….5 II. Les sources de pollution :………………………………………………………………..5 II.1. Sur le plan domestique ………………………………………………………………...5 II.2.Sur le plan agricole ……………………………………………………………………..5 II.3.Sur le plan industriel.......……………………………………………………………....5 II.3.1. Description succincte de l’industrie textile ………………………………………....6 II.3.1.1. L’activité mécanique ………………………………………………………………6 II.3.1.2.La finition textile (ou ennoblissement) …………………………………………….7 II.3.2. Utilisation de l’eau dans l’industrie textile ………………………………………....7 II.3.3.Caractéristiques des effluents industriels textiles …………………………………..7 III. L’utilisation des colorants ……………………………………………………………...8 III.1. L’origine de matières colorantes …………………………………………………….8 III.2. La toxicité des colorants/ impact sur l’environnement et la santé ………………...9 III.3. L’utilisation des colorants ……………………………………………………………9 III. 4. Classification des colorants…………………………………………………………10 III-4-1. Classification technologique ou (appellation usuelle) …………………………..10 III-4-2. Classification technique …………………………………………………………..10 III-4-2-1. Les colorants naturels …………………………………………………………..10 III-4-2-2. Les colorants synthétiques ……………………………………………………...10 III-4-3. Classification chimique …………………………………………………………...11 III-4-3-1. Les Colorants azoïques …………………………………………………………11 III.4.3.2. Colorants au soufre ……………………………………………………………..12 III-4-3-3. Colorants indigoïdes ……………………………………………………………12 III-4-4. Classification tinctoriale ………………………………………………………….12 III-4-4-1. Colorants réactifs ……………………………………………………………….12 III-4-4-2. Colorants directs………………………………………………………………...13 III-4-4-3. Colorants dispersés ……………………………………………………………..13 III-4-4-4. Les colorants acides ou anioniques ……………………………………………13 III.4.4.4.1. Le méthyle d’orange ………………………..………………………………...13 III.4.4.4.2.Le bleu de methyléne……………………………………………………………14 IV. Les méthodes de traitement …………………………………………………………...15 IV.1.Traitements biologiques ……………………………………………………………...15 IV.1.2. Avantages et inconvénients ………………………………………………………..17 IV.1.2.1.Avantages ………………………………………………………………………....17 IV.1.2.2.Inconvénients ……………………………………………………………………..17 IV.2.Les procédés chimiques……………………………………………………………….17 IV.2.1. Les procédés d’oxydations classiques……………………………………………..17 IV.2.2.Les procédés d’oxydation avancée(POA) ……………….…………………..…....17 IV.2.3.Avantages et inconvénients ………………………………………………………..18 IV.2.3.1.Avantages …………………………………………………………………….…..18 IV.2.3.2.Inconvénients …………………………………………………………………….18 IV.3.Les procédés physicochimiques ……………………………………………………..18 IV.3.3.Avantages et inconvénients …………………...…………………………………...18 IV.3.3.1.Avantages ………………………………………………………………………...18 IV.3.3.2. Inconvénients ……………………………………………………………………19 IV.5.Adsorption …………………………………………………………………………....19 Chapitre II : Adsorption………………....………………………………………………..20 I. Définition …………………………………………………………………………………21 II. Classification des phénomènes d’adsorption ………………………………………….21 II. 1.Chimisorption ………………………………………………………………………...21 II.2.Physisorption…………………………………………………………………………...21 III. Capacité d’adsorption ………………………………………………………………...21 IV. Type d’adsorbant ……………………………………………………………………...22 IV.1.adsorbants usuels…………………………………………………………………......22 IV.1.1. Charbon actif ……………………………………………………………………...22 IV.1.2. Les phosphate ……………………………………………………………………..22 IV.2.Adsorbant à base de déchets………………………………………………………...22 IV.2.1. Les déchets industriels……………………………………………………………..22 IV.2.2.Les déchets d’algues et de fruits de mer....................................................23 IV.2.3.Déchets des fruits et d’agricoles ……………………………………………… .....23 V. Description du mécanisme d’adsorption ...................................................................23 VI. Isotherme d’adsorption ……………………………………………………………….24 VI.1.les Modèle principaux d’adsorption ……………………………………………...…24 VI.1.1.Le modèle de Langmuir ………………………………………………………...…24 VI.1.2.le modèle de Freundlich …………………………………………………………...25 VI.2.les facteur influençant l’adsorption ………………………………………………...25 VI.2.1.Surface Spécifique …………………………………………………………………25 VI.2.2.Porosité ………………………………..………………………….………………...26 VI.2.3.Nature de l adsorbat………… ………………………………….…………………26 VI.2.4.Polarité……. ………………………………………………………………………..26 VI.5.Température……. ……………………………………………………………………26 VII. Étude cinétique de l’adsorption ……………………………………………………..26 VII.1. Cinétique de pseudo premier ordre …………………………….…………………26 VII.2 Cinétique de pseudo second ordre ………………………………………………...27 VIII. Etude thermodynamique d’adsorption…………...…………………………..…….27 VII. Avantage et inconvénient d’adsorption ……………………………………………..28 VII.1. Avantage……………………………………………………………………………..28 VII.2.Inconvénient…………………………………………………………………………..28 Partie B : Etude expérimentale......................................................................................…...29 I. Introduction ………………………………………………………………………..…….30 II. Matériaux et Méthodes …………………………………………………………..…….30 II.1. Les colorants étudiés ...............................................................................................30 II.2. Préparation du substrat (Adsorbant) …………………………………………….....31 II.3. Préparation des solutions aqueuses des colorants (Adsorbat) ………………...….31 II.4.Matériel utilisée …………………………………………………………………...…..32 III. Résultats et discussions …………………………………………………………..…...34 III.1.Etude de différents paramètres sur l’adsorption par un déchet agroalimentaire..34 III.1.1.Influence de concentration. ………………………………………………………..34 III.1.2.Influence de pH …………………………………………………………………….35 III.1.3. L'influence de la température ……………………………………………………36 III.1.4.Effet de la granulométrie ………………………………………………………….37 III.1.5.Effet de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption ……………………………37 III.1.6.Conclusion …………………………………………………………………………38 III.2.Etude des isothermes ………………………………………………………………..39 III.2.1.Isotherme Langmuir ……………………………………………………………....39 III.2.2.Isotherme de Freundlich ………………………………………………………….39 III.3.Etude Cinétique ………………………………………………………………………41 III.3.1.La cinétique du pseudo premier ordre …………………………………………...41 III.3.2.La cinétique du pseudo second ordre……………………………………………..41 III.4.Etude thermodynamique …………………………………………………………...42 III.5.Conclusion Générale ………………………………………………………………..45 Références bibliographiques……………………………………………………………...46 Introduction A L’instar de beaucoup d’autres pays, le Maroc est fortement confronté au défi majeur du développement durable qui consiste à assurer à toute la population une meilleure qualité de vie, tout en répondant aux aspirations de tous au bien-être. Dans l’objectif de relever ce défi du 21e siècle, une stratégie nationale de développement propre a été initiée et mise en place depuis les années 90. Celle-ci avait débuté avec la création dès 1992 d’un département ministériel en charge de l’environnement et la mise en œuvre depuis d’un processus qui fait aujourd’hui de la protection de l’environnement une préoccupation majeure sur les plans politique, économique et social, encourageant donc le développement de procédés pour l'amélioration des méthodes de dépollution, tout en axant sur la réduction des facteurs sources de pollution. Plusieurs industries ont adopté cette stratégie, nous donnons l’exemple d’eau usée dans l’industrie textile, les colorants sont considérés comme l’un des polluants les plus importants dans cet activité. Une fois dissous dans l'eau, ils seront parfois difficiles à traiter car les colorants ont une origine synthétique et une structure moléculaire complexe qui les rend plus stables et difficiles à être biodégradé. Donc, ils peuvent constituer des facteurs de risques pour notre santé et de nuisances pour notre environnement. Il est nécessaire de limiter le plus possible ces polluants en mettant en place un moyen de traitement adapté comme une unité de décoloration. Différentes techniques ont été utilisées pour l’élimination de certains polluants solubles dans les effluents industriels ou domestiques. Elles sont différentes les unes par rapport aux autres et peuvent être citées à titre d’illustration l’adsorption, l’électrolyse, la flottation, la précipitation, les échanges d’ions, l’extraction liquide-liquide, la filtration membranaire etc. L’adsorption est l’une des techniques les plus adoptées pour l’élimination de ces polluants, à cause de sa grande capacité d’épuration des eaux contaminées. Le charbon actif est l’adsorbant le plus couramment utilisé mais il est très onéreux et nécessite une régénération, constituant un facteur limitant. Ceci a donc encouragé les chercheurs à développer les procédés du traitement faisant appel à des matériaux naturels moins couteux et largement disponibles. En effet, la performance et l’efficacité de cette technique d’adsorption dépend d’une façon prépondérante de la nature du support utilisé comme adsorbant, son coût, son abondance, sa régénération, etc. La présente étude s’inscrit dans cette perspective en essayant de tester un matériau issus d’un déchet agroalimentaires, afin d’éliminer certains type de colorants par adsorption. Le manuscrit s’organise en deux parties. La première partie de ce rapport, est consacrée à l’étude bibliographique qui se devise en deux chapitres ; le premier présente quelques généralités sur la pollution d’eau, leurs origines et leurs caractéristiques, les types de polluants tels que les colorants et les méthodes de traitements de rejets colorés et le deuxième va aborder le phénomène d’adsorption .La deuxième partie va être consacré a l’étude pratique du phénomène. Partie A : Etude bibliographique I. Définition On appelle pollution de l’eau toute modification chimique, physique ou biologique de la qualité de l’eau qui a un effet nocif sur les êtres vivants par consommation. Autrement dit, n’importe quelles matières ajoutées à l’eau qui est au –delà de sa capacité à la détruire est considérée comme pollution [1,2]. II. Les sources de pollution L’eau qu’elle soit douce, salée, de pluie, souterraine ou superficielle, peut être souillée par des matières qui peuvent la rendre nocive. En général cette pollution est due aux activités humaines dans différents domaine. II.1. Pollution domestique Provient des utilisations quotidiennes de l'eau à la maison (eau des toilettes et des lavages). Celles-ci représentent environ 150 litres par jour et par habitant. Aux eaux domestiques traditionnelles s'ajoutent les eaux de pluie et les eaux "collectives" de lavage des rues, des marchés, des commerces, des bâtiments scolaires, des hôpitaux... .Les eaux usées domestiques et collectives représentent 400 litres par jour et par habitant. Elles peuvent être responsables de l'altération des conditions de transparence et d'oxygénation de l'eau, ainsi que du développement de l'eutrophisation dans les rivières [3]. II.2.Pollution agricole Ce type de pollution se développe depuis que l'agriculture est entrée dans un stade d'intensification, surtout dans le uploads/Geographie/ sdic-pl0441.pdf