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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITÉ Dr MOULAY TAHAR – SAÏDA - Faculté des Sciences Département Chimie MEMOIRE Présenté par Melle Rasmal Hadjer Nahla Melle Kermane Zahia En vue de l’obtention du Diplôme de MASTER Option : Chimie Inorganique & Environnement Thème MODIFICATION DE LA BENTONITE PAR L’HEXADECYLTRIMETHYLAMMONIUM APPLICATION A L’ADSORPTION DU L’INDIGO CARMINE Soutenu le 02/07/2017 devant le jury composé de : Mr B. MADJAHED Président MCB Université de Saïda Mme F. ZAOUI Examinatrice MCB Université de Saïda Mr M. ADJIRE Examinateur MCA Université de Saïda Mr B. GUEZZEN Rapporteur MCB Université de Saïda Année universitaire 2016 - 2017 Nous tenons avant toute chose, à remercier DIEU et à lui rendre grâce pour la force et le courage qu’il nous a donné et qui nous ont permis de surmonter tous les obstacles rencontrés durant la réalisation de ce travail. Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au sein du laboratoire de chimie de l’Université Dr Moulay Tahar de - Saïda-. Ainsi nous tenons également à exprimer nos vifs remerciements à notre encadreur Mr Guezzen Brahim pour avoir d’abord proposé ce thème, pour le suivi continuel tout long de la réalisation de ce mémoire et qui n’a pas cessé de nous donner ses conseils. Nous voudrions aussi remercier notre famille, pour le soutien et l’aide inconditionnel qu’elle nous apporte chaque jour. Nous adressons nos sincères remerciements et gratitude au membre de «jury» pour nous avoir consacré son précieux temps. Nous tenons à remercier vivement toutes les personnes qui nous ont aidés à élaborer et réaliser ce mémoire, ainsi à touts ceux qui nous ont aidés de prés ou de loin à accomplir ce travail. A mes très chers parents A tous ma famille A mon fiancé A tous mes amis et mes collègues Hadjer Nahla Dieu me suffit, quel excellent protecteur Je dédie ce modeste travail à : La perle de ma vie ma chère mère pour soutenir et m’encourager. A l’âme de mon père qui a été toujours dans mon cœur. Que Dieu ait votre âme dans sa sainte miséricorde A Mes sœurs A Mon frère et sa fille chaima Et Mes neveux chers à mon cœur « Rayen & Amer Ali » A tous mes amis et mes collègues Kermane Zahia SOMMAIRE Introduction générale ............................................................................................................... 1 CHAPITRE I: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE I. LES ARGILES ..................................................................................................................... 3 I.1 Introduction ......................................................................................................................... 3 I.2 Structure des minéraux argileux ....................................................................................... 3 I.2.2 Couche Octaédrique ............................................................................................ 3 I.2.1 Couche tétraédrique ........................................................................................... 3 I.3 Classification des argiles .................................................................................................... 4  Les minéraux de type 2:1:1 (ou T-O-T-O) ................................................................. 4  Les minéraux de type 2:1 (ou T-O-T) ......................................................................... 4  Les minéraux de type 1:1 (ou T-O) ............................................................................. 4 I.4 La capacité d’échange cationique ..................................................................................... 5 I.5 Origine de la bentonite ....................................................................................................... 5 I.5.1 Types de bentonites ............................................................................................. 6 I.5.1.1 Bentonites naturelles ............................................................................. 6 I.5.1.2 Bentonites activées ............................................................................... 6 I.5.2 Propriétés de la bentonite .................................................................................... 6  L’hydratation interne ou gonflement ............................................................. 6  Cations échangeables et adsorption ................................................................ 7 I.5.3 Utilisation de la bentonite .................................................................................... 7 I.6 Les Argiles modifiées .......................................................................................................... 8 I.6.1 Famille des complexes organo-argile ................................................................. 8 I.6.2Méthode de modification des argiles .................................................................. 8 1.6.3 Propriétés des complexes organo-argileux ....................................................... 8 II. ADSORPTION .................................................................................................................... 9 II.1 Introduction ....................................................................................................................... 9 II.2 Type d’adsorption ............................................................................................................ 9  Adsorption physique .................................................................................................... 9  Adsorption chimique .................................................................................................... 9 II.3 Principaux facteurs influant sur l’adsorption ............................................................. 10 II.4 Isotherme d’adsorption .................................................................................................. 10 II.4.1 Classification des isothermes d’adsorption .................................................... 11 II.4.1.1 Isotherme d’adsorption de type L ................................................... 12 II.4.1.2 Isotherme d’adsorption de type S .................................................... 12 II.4.1.3 Isotherme d’adsorption de type H ................................................... 13 II.4.1.4 Isotherme d’adsorption de type C ................................................... 13 II.4.2 Modélisation d’adsorption ............................................................................... 13 II.4.2.1 Modèle de Langmuir .......................................................................... 13 II.4.2.2 Modèles de Freundlich (1906) ........................................................ 14 II.4.3 Les modèles cinétiques d’adsorption ................................................. 15  Modèle cinétique du pseudo second ordre ........................................ 15  Modèle de la cinétique du pseudo premier ordre ............................ 15 III. GENERALITES SUR LES COLORANTS .................................................................. 16 III.1 Introduction ................................................................................................................... 16 III.2 Classification et groupements chromophoriques des colorants ............................... 17 III.2.1 Classification chimique des colorants .............................................................. 17  Les colorants azoïques ............................................................................................ 17  Les colorants acides ou anioniques ........................................................................ 17  Les colorants basiques ou cationiques .................................................................... 18  Les colorants dispersés ............................................................................................ 18  Colorants directs ...................................................................................................... 18  Les colorants à mordants ........................................................................................ 19  Colorants réactifs ..................................................................................................... 19  Les colorants pigmentaires ...................................................................................... 20 III.3 Présentation de l’Indigo Carmine ................................................................................ 20 III.4 Toxicité des colorants ................................................................................................... 21 III.5 Procédés de traitement des colorants ........................................................................... 22 IV. LES TENSIOACTIFS ..................................................................................................... 22 IV.1 Définition ....................................................................................................................... 22 IV.2 Classification des tensioactifs ....................................................................................... 23 IV.2.1 Les tensioactifs non ioniques ......................................................................... 23 IV.2.2 Les tensioactifs anioniques ............................................................................. 23 IV.2.3 Les tensioactifs cationiques ............................................................................ 24 IV.2.4 Les tensioactifs amphotères ........................................................................... 24 IV.3 Propriétés des tensioactifs ............................................................................................ 24 IV.3.1 Propriétés superficielles .................................................................................. 25 IV.3.2 Propriétés micellaires ..................................................................................... 25 V. METHODOLOGIEDES PLANS D’EXPERIENCES ................................................... 25 V.1 Introduction ..................................................................................................................... 25 V.2 Choix de la stratégie expérimentale ............................................................................... 26  Les plans de criblage .................................................................................................. 26  Les plans d'optimisation ou plans à surfaces de réponses ...................................... 26 V.3 Choix de la matrice d’expériences ................................................................................. 26  Matrice de Box- Behnken .......................................................................................... 26  Plan de Box-Behnken pour trois facteurs ................................................................ 27 V.4 Notion d'espace expérimental ........................................................................................ 28 V.5 Notion de surface de réponse ......................................................................................... 29 CHAPITRE II: ETUDE EXPIREMENTAL I.REACTIFS ET APPAREILS UTILISES ........................................................................ 31 I.1 Appareils et instruments utilisés .......................................................................... 31 I.2 Réactifs utilisés ..................................................................................................... 31 II.PREPARATION DE LA BENTONITE PURIFIEE ...................................................... 32 II.1 Protocole d’obtention de la bentonite sodique .................................................. 32 II.1.1 Nature et origine de l’échantillon argileux ..................................................... 32 II.1.2 Purification de l’argile ..................................................................................... 32 a) Préparation des échantillons d’argile ....................................................... 32 b) Lavage avec l’eau distillée (sédimentation) ............................................. 32 c) Lavage avec HCl ......................................................................................... 33 d) Lavage avec H2O2 ....................................................................................... 33 e) Saturation avec NaCl .................................................................................. 33 III. PREPARATION DE LA BENTONITE INTERCALEE ............................................ 33 IV.CARACTERISATIONS ................................................................................................... 35 IV.1 Analyse chimique ........................................................................................................... 35 IV.2 Caractérisation par spectroscopie infrarouge ............................................................. 35 IV.3 Analyse thermogravimétrique(ATG) .......................................................................... 35 V. ETUDE DE L’ADSORPTION DE L’INDIGO CARMINE PAR LES BENTONITES PREPAREES ......................................................................................................................... 35 V.1 Réalisation de l’adsorption ............................................................................................ 35 V.2 Procédure de dosage ....................................................................................................... 36 V.2.1 Détermination de λmax....................................................................................... 36 V.2.2 Etablissement de la courbe d’étalonnage ....................................................... 36 V.3 Etude paramétrique de l’adsorption ............................................................................. 36 V.3.1 Etude cinétique ................................................................................................. 36 a) Effet de temps d’agitation .......................................................................... 36 b) Effet du temps d’agitation et la température .......................................... 37 c) Effet du temps d’agitation et le rapport solide /liquide (m/v) ............... 37 d) Effet du temps d’agitation et la concentration initiale du colorant ....... 37 V.3.2 Effet du rapport solide/solution (m/v) sur l’élimination du colorant (au temps d’équilibre) ................................................................................................................. 37 V.3.3 Isotherme d’adsorption .................................................................................... 37 V.4 Optimisation des paramètres de l’adsorption du Carmin d’indigo par l’organobentonite (B-HDMTA100) utilisant la méthodologie des plans d’expériences .. 38 V.5 Evaluation ....................................................................................................................... 38 CHAPITRE III: RESULTAT & INETRPRETATION I.CARACTERISATIONS DES ECHANTILLONS ARGILEUX ..................................... 40 I.1 Analyse chimique .............................................................................................................. 40 I.2 Analyse par IR .................................................................................................................. 40 1.3 Analyse par ATG .............................................................................................................. 42 II. ETUDE DE LA SORPTION DU L’INDIGO CARMINE PAR LES DIFFERENTS ADSORBANTS ....................................................................................................................... 43 II.1 Etablissement de la courbe d’étalonnage ...................................................................... 44  Principe de la colorimétrie ................................................................................... 44  Détermination de λmax de notre colorant IC ....................................................... 44  Courbe d’étalonnage ............................................................................................ 45 II.2 ETUDE CINETIQUE ..................................................................................................... 46  Effet du temps d’agitation ................................................................................... 46  Modalisation de la cinétique d’adsorption de l’Indigo Carmine ..................... 49 II.3 Etude cinétique de l’adsorption du colorant par l’échantillon B-HDTMA 100 ..... 51 II.3.1 Effet du temps d’agitation et la température ................................................. 52 II.3.2 Effet du temps d’agitation et la concentration initiale du colorant ............. 53 II.3.3 Effet du temps d’agitation et le rapport solide/solution ............................... 54  Modalisation de la cinétique d’adsorption de l’Indigo Carmine par B- HDTMA100 ........................................................................................................... 55 II.4 Effet du rapport solide/solution ..................................................................................... 60 II. 5 Isotherme d’adsorption ................................................................................................. 61 II. 6 Etude thermodynamique ................................................................................................. 7 II.7 Optimisation des paramètres de l’adsorption de l’Indigo Carmine par l’organobentonite (B-HDTMA 100) utilisant la méthodologie des plans d’expériences . 67 II.7.1 Conception des expériences ............................................................................. 68 II.7.2 Optimisation des variables .............................................................................. 71 CONCLUSION GENERALE ............................................................................................... 72 LISTE DES TABLEAUX N° Titre Page 01 Différences entre l'adsorption physique et l'adsorption chimique 10 02 Principaux groupes chromophores et auxochromes, classés par intensité croissante 16 03 propriété physico-chimique du l’indigo carmine 21 04 Récapitulatif des réactifs utilisés 31 05 Les facteurs étudiés et leurs domaines de variation 39 06 Résultats de l’analyse chimique d’un échantillon de bentonite brute et sodique 40 07 Bandes caractéristiques du Bentonite sodique et Bentonite modifiée 41 08 Perte de masse dans différents intervalles de température 42 09 Etalonnage de colorant (IC) 45 10 Résultats des rendements et des capacités d’adsorption au temps d’équilibre pour les différentes argiles 49 11 Paramètres cinétiques de l’adsorption de l’Indigo Carmine par les différents adsorbants 51 12 Comparaison de la quantité adsorbée du colorant à l’équilibre par les adsorbants entre l’expérience et les modèles utilisés. 51 13 Paramètres cinétiques de l’adsorption de l’IC par B-HDTMA 100 uploads/Litterature/ memoire-final-m2-option-chimie-inorganique-amp-environnement.pdf