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Traitement d’un rejet chargé en Zn²+ et en Ca²+ par électrofloculation Objectif

Traitement d’un rejet chargé en Zn²+ et en Ca²+ par électrofloculation Objectif : Le but de cette manipulation est : - le traitement d'une solution "simulé" d'un rejet industriel chargé en Cd2+et Zn2+ par électrofloculation. -la démonstration de l'efficacité de cette technique électrochimique de dépollution, en suivant l'évolution de concentrations des cations métalliques Cd2+ et Zn 2+ par polarographie impulsionnelle. Principe : Le procédé d’électrofloculation combine deux techniques : l’électrocoagulation et l’électroflottation. Il consiste à coaguler ou floculer les polluants grâce à une électrolyse à anode métallique soluble en aluminium ou en fer. L’action du courant entre les deux électrodes permet la libération des ions métalliques (Al3+ ou Fe2+) par oxydation à l’anode. Ce coagulent libéré in situ dans le milieu pollué, peut réagir avec les ions hydroxydes générés à la cathode (siège de la réduction de l'eau) pour former les hydroxydes insolubles AL(OH)3 ou Fe (OH)3 sur lesquels s'adsorbent les polluants. Oxydation à l’anode : Al → Al 3+ + 3é Réduction à la cathode : 2H2O + 2é → 2 OH- + H2(g) Al 3+ + 3 OH-→ AL(OH)3 (sd) Sous l'action des bulles d'hydrogènes générés à la cathode, les flocs sont éliminés de la solution et amenés vers la surface du liquide où ils peuvent être récupérés par filtration et séchage du surnageant. Exploitation des résultats : 1) Détermination des concentrations des ions dans la solution (R) : En se basant sur la loi de Fick on peut écrire les expression des courants limites : IL0= -nFS ktm C0= -KD *C0 IL= -nFS ktm C= -KD *C Avec : n :nombres d’électrons échangés F : constante de Faraday ktm : coefficient de transfert de matière C0 : concentration initiale de l’élément considéré Alors pour la solution de Cd²+ : IL0= -nFS ktm [Cd2+]0=-KD *[Cd2+]0 IL= -nFS ktm [Cd2+]t =-KD *[Cd2+]t IL/IL0=[Cd2+]t/[Cd2+]0 [Cd2+]t= IL/IL0 *[Cd2+]0 De même pour la solution de Zn2+ : IL/IL0=[Zn2+]t/[Zn2+]0 [Zn2+]t= IL/IL0 *[Zn2+]0 Tableau de valeurs : t (min) 0 2 5 10 20 IL (Cd2+) (mA) -143,5 -78 -66,6 -22,75 -22 IL (Zn2+) (mA) -14 ,25 -8,74 -8,65 -6,64 -6,14 [Cd2+] rest (ppm) 200 108,71 92,82 31,7 30,66 [Zn2+]rest (ppm) 200 122,66 121,40 93,19 86,17 Avec : IL0 = -143,5 mA pour Cd²+ IL0 = -14,25 mA pour Zn²+ 2) L’évolution des concentrations de Zn2+ et Cd2+ dans le rejet industriel (R) en fonction du temps d'électrolyse : 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 Evolution des concentrations de Zn²+ et Cd²+ en fonction du temps d'électroflocu- lation F1=[Cd²+] F2=[Zn²+] Temps t(min) concentration en ppm La technique d’électrofloculation est efficace pour l’élimination des ions Cd2+, qui s’adsorbent sur la surface des flocs formés plus facilement que les ions Zn2+. 3) Le pourcentage d’abattement : Le pourcentage d’abattement représente le taux de minéralisation des ions polluants : t(min) 0 2 5 10 20 % d’abattement de Cd2+ 0 45.64 53.59 84.15 84.67 % d’abattement de 0 38.67 39.3 53.4 56.91 4) Détermination de la masse de Al(OH)3 : Selon la loi de Faraday : Q = n(é) ×F × NAl Selon la loi de Coulomb : Q = I × t  I × t = n ×F× (m/M)Al avec Q:quantité de charge en C n:nombre d’électrons échangés =3é N :nombre de moles de Al F :constante de Faraday en C.mol-1 = 96500 C.mol-1 I:courant imposé en C.s-1= 0.15 A %abattement= [initiale]−[finale] [initiale] ∗100 M :masse molaire de Al=27 g/mol alors mAl = (I*t*MAl)/(n*F) or n ( Al(OH )3¿ = n (Al)  m( Al(OH )3¿ =[ m (Al )/ M( Al) ]* M(( Al (OH )3) = m(Al) * 2,89 (g) = [(I*t*MAl)/(n*F)] * 2,89 (g) D’où l’expression de la masse de Al(OH)3 formée à chaque instant : m( Al(OH )3¿ = 4 ,043 .10 -05 * t t (s) 0 120 300 600 1200 m(Al(OH)3) (g) 0 4,85 10-3 12,13 10-3 24,26 10-3 48,52 10-3 5) Courbe m=f (concentration de Cd2+résiduelle): 30.66 31.7 92.82 108.71 200 0 10 20 30 40 50 60 m=f([Cd2+] résiduelle) [Cd2+] résiduelle m(Al(OH)3) * 10-3 en g Plus la masse de Al(OH)3 augmente plus ces flocs de Al(OH)3 vont adsorber des éléments toxiques dans la solution tel que les ions (Cd2+ ) et sont entrainés vers la surface par électroflottation .Ainsi ces polluants une fois adsorbés sur les floculants, ils sont éliminés du volume de la solution ce qui explique la diminution de [Cd2+] résiduelle avec l’augmentation de m(Al(OH)3). 6) Optimisation de l’agitation : Toute agitation vigoureuse peut entrainer la cassure des flocs formés d’où le pourcentage d'abattement des cations métalliques diminuera vu que la concentration des ions Cd2+ et Zn2+ va augmenter dans le milieu. uploads/Industriel/ notre-cr-electrofloculation.pdf