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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABOUBEKR BELKAID- TLEMCEN FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE CHIMIE LABORATOIRE des TECHNOLOGIES de SEPARATION et de PURIFICATION Mémoire Pour l’obtention du diplôme de Option: Sciences séparatives et environnement Thème Présenté par Melle MOUEDDEN Khadidja Soutenu le 15/06/2014 devant le jury composé de: Président M. DIDI Mohamed Amine Professeur à l’Université de Tlemcen Examinateurs M. BELKHOUCHE Nasr-Eddine Maitre de conférences à l’Université de Tlemcen M. MAKHOUKHI Benamar Maitre de conférences à l’Université de Tlemcen Rapporteur M. ABDERRAHIM Omar Maitre de Conférences à l’Université de Tlemcen Extraction liquide-solide de l’ion cadmium par la résine Lewatit TP 208 Dédicace A mes très chers parents pour leur encouragement, tendresse, amour et soutien durant mes études; vous trouverez ici le fruit de vos sacrifices. A mes très chers sœurs: khayra et sabira A mes beaux-frères: Abd El Kader et Khaled A mes chers neveux: Nesrin, Manel, Abd El Ilah, Anass,Wafae et Israe. A tous ceux qui nous sont chers Remerciements Ce travail a été réalisé au Laboratoire des Technologies de Séparation et de Purification de l’Université Abou Bakr Belkaid de Tlemcen sous la direction de Monsieur ABDERRAHIM Omar (Maître de Conférences à l’Université de Tlemcen). Qu’il veuille trouver ici l’expression de ma reconnaissance pour l’encouragement qu’il a manifesté envers mon travail et pour ses précieux conseils. Egalement je le remercie énormément pour le temps et l’intérêt qu’il m’a consacré et pour les idées ingénieuses qui resteront des exemples à suivre pour moi. Mes remerciements les plus sincères s’adressent à Monsieur le Professeur DIDI Mohamed Amine, Directeur du Laboratoire des Technologies de Séparation et de Purification, qui m’a fait l’honneur de présider ce jury. J’adresse mes remerciements au Monsieur BELKHOUCHE Nasreddine (Maître de Conférences à l’Université de Tlemcen), pour avoir aimablement accepté de juger ce travail et de m’honorer par leur présence dans le jury de ma soutenance. Je tiens à adresser mes vifs remerciements à Monsieur MAKHOUKHI Benamar (Maitre de Conférence à l’université de Tlemcen) d’avoir accepté d’examiner mon travail. Je tiens également à remercier Mr. FERRAH Nacer et Melle BENAOUDA Wafae pour leurs aides qui m’a permis de mener à bien cette étude. Enfin, je remercie toute les membres du laboratoire pour leur accueil chaleureux, leur amitié et leur bonne humeur. Sommaire SOMMAIRE Introduction générale 01 Chapitre I : Partie théorique 01 Métaux lourds 03 I- Introduction 03 II- Définition des métaux lourds 03 III- Toxicité des métaux lourds 03 IV- Revue bibliographique sur le cadmium 04 1- Généralités 04 2- Propriétés physicochimiques 04 3- Principales sources d’exposition 05 4- Comportement chimique 05 5- Hydrolyse du cadmium 05 6- Production 05 7- Impact sur l’environnement 06 8- Impact sur la santé 06 9- Domaines d’utilisations 07 Techniques d’extraction 08 I- Introduction 08 1- Séparation par électrolyse 08 2- Séparation par précipitation 08 3- Séparation par membrane 08 4- Séparation par extraction 09 Extraction liquide – liquide 09 Extraction solide-liquide 10 II- Extraction liquide-solide 10 1- Introduction 10 2- Principe 10 3- Choix de la phase solide 11 4- Etapes d’une extraction liquide-solide 11 5- Mécanismes de l'extraction Liquide-Solide 11 a- Adsorption 12 b- Partage d’ions 12 c- Complexation 12 d- Chélation 13 e- Echange d’ions 13 Substitution 13 Séparation 13 Élimination 14 6- Avantages de l’extraction liquide-solide 14 7- Domaines d’applications 14 8- Equilibre d’adsorption 14 9- Concept d’isotherme d'adsorption 15 a- Isotherme de Langmuir 15 b- Isotherme de Freundlich 15 10- Approche thermodynamique 16 11- Cinétique d’adsorption 17 Sommaire a- Modèle cinétique du pseudo premier ordre 18 b- Modèle du pseudo second ordre 18 12- Modèles de diffusion 18 a- Diffusion à travers le film liquide 19 b- Diffusion à travers le solide 19 c- Diffusion par réaction chimique 20 III- Résine échangeuse d’ions 20 1- Introduction 20 2- Définition 20 La matrice 21 Groupements fonctionnels 21 Contre-ions mobiles 21 3- Propriétés générales 22 4- Aperçu bibliographique sur la résine Lewatit TP 208 23 a- Généralité 23 b- Utilisation 24 Techniques d’analyses 25 I- Introduction 25 1- Les techniques classiques 25 2- Les techniques modernes 25 II- Spectrométrie UV-Visible 26 1- Introduction 26 2- Principe 26 3- Loi de Beer-Lambert 26 4- Appareillage 27 a- Introduction 27 Source 27 Monochromateur 28 Diviseur de faisceau 28 Détecteur 28 5- Applications 28 6- Avantages 28 7- Utilisation du PAN comme agent chromogénique 29 8- Les limites de la spectrophotométrie UV-Visible 29 a- Domaine spectral 29 b- Interférences avec d’autres composés 30 c- Déviation de la loi de Beer-Lambert 30 Chapitre II : Partie Expérimentale I- Introduction 31 II- Produits chimiques utilisés 31 III- Appareils et verreries utilisés 31 IV- Préparation des solutions 32 1- Préparation d’une solution de Cd(II) à 10-2 mol/L 32 2- Préparation de la solution du PAN à 10-3 M 32 3- Préparation d’une solution tampon à pH 13 32 V- Procédé d’extraction 32 VI- Dosage de Cd(II) en phase aqueuse 33 VII- Etude paramétrique 33 Sommaire 1- Effet de temps d’agitation 33 2- Effet du Ph 34 3- Effet de la concentration en cadmium 34 4- Effet de l’ajout d’un sel dans la phase aqueuse 34 a- Effet de la nature du sel ajouté 34 b- Effet de la force ionique de la phase aqueuse 34 5- Effet de la température 35 Chapitre III : Partie Résultats et Discussions I- Introduction 36 II- Courbe d’étalonnage 36 III- Extraction de Cd(II) par la résine Lewatit TP 208 37 1- Etude cinétique 38 a- Détermination du temps d’équilibre 38 b- Application des modèles cinétique 40 Modèle du pseudo premier ordre 40 Modèle du pseudo second ordre 41 Modèle du second ordre 42 c- Etudes diffusionnelles 43 Cas de la diffusion externe 43 Cas de la diffusion intra-particule 44 Cas de la diffusion par réactions chimiques 44 2- Effet du pH de la phase aqueuse 45 a- Comportement de l’extractant 47 b- Comportement du cation Cd(II) 47 3- Mode de sorption 48 4- Effet de la concentration initiale en Cd(II) 49 a- Détermination de la capacité de sorption 49 b- Isotherme d’adsorption 51 Isotherme de Langmuir 51 Isotherme de Freundlich 52 5- Effet de la présence d’un sel dans la phase aqueuse 53 a- Effet de la nature du sel 53 b- Effet de force ionique de la phase aqueuse 54 6- Effet de la température 56 a- Effet de la température sur l’évolution de l’extraction de Cd(II) 56 b- Calcul des paramètres thermodynamiques 58 Conclusion générale 59 Références bibliographiques 60 Introduction générale 1 Introduction Générale La chimie de l’environnement constitue une jeune discipline au sein de la chimie. Elle traite des réactions et des effets des substances dans l’eau, l’air et le sol et leurs impacts sur le monde vivant (hommes, animaux, plantes et microorganismes). Mieux produire et moins polluer sont les défis aux quels sont confrontés les industriels de tout secteur. Des industries aussi diverses que la chimie, la pétrochimie, l’agro-alimentaire, le textile, la papeterie, les tanneries etc… produisent des effluents très divers qui nécessitent chaque fois des investigations nouvelles et la mise au point de procédés de traitement spécifiques. Les métaux lourds rejetés dans l’environnement par diverses sources (naturelles ou industrielles) sont pour la plupart toxiques mêmes à de très faibles concentrations. Afin de préserver l’environnement et notamment les ressources en eau de cette pollution, des efforts doivent être entrepris dans l’ensemble des secteurs d’activité et en particulier dans le monde industriel qui est la principale source de pollution. Durant les dernières décennies beaucoup de recherches ont porté sur les techniques de séparation telle que l’échange d’ions et l’adsorption. Ces technologies ont déjà montré leur potentiel dans le traitement des polluants inorganiques (métaux lourds), organiques toxiques, matières organiques naturelles et composés organiques volatiles. Les résines fonctionnalisées chimiquement figurent parmi les extractants qui continuent à être utilisé dans les procédés d’extraction pour la séparation et la purification des effluents industriels susceptibles de contenir des ions métalliques toxiques. L’objectif de notre travail est de faire une étude paramétrique, afin d’optimiser les conditions de l’extraction de cadmium(II) à partir d’une solution aqueuse par la résine, commerciale, la Lewatit TP 208. Cette mémoire regroupe trois grands chapitres en plus d’une introduction et d’une conclusion générale. Le premier chapitre est consacré à un rappel bibliographique sur:  la pollution par les métaux lourds et particulièrement le cadmium,  les techniques de séparation et plus spécifiquement l’extraction liquide-solide,  la résine fonctionnalisée Lewatit TP 208, résine utilisée dans ce travail,  la méthode spectrométrie UV-visible adoptée, dans ce travail, pour le dosage du Cd(II) en phase aqueuse. Introduction générale 2 Le deuxième chapitre est dédié à la présentation et la description du matériel et méthodes utilisés pour réaliser les différentes expériences nécessaire à l’aboutissement de ce travail de recherche. Dans le troisième chapitre sont présentés les résultats obtenus accompagnés des commentaires, des interprétations et de discussions qui s’imposaient. chapitre I Partie Théorique Métaux Lourds 3 Métaux lourds I- Introduction Les métaux lourds, ou éléments en traces. (Cd, Pb, Zn, Cr, Hg, Cu, Ni, As, Se…), sont des éléments naturels, présents dans tous uploads/Litterature/extraction-liquide-solide.pdf