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L’élimination de méthyle orange par adsorption sur l’Argile Natural République

L’élimination de méthyle orange par adsorption sur l’Argile Natural République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de La Recherche Scientifique Université Echahid Hamma Lakhdar. El Oued Faculté de la Technologie Mémoire de Fin d'Etude En vue de l'obtention du diplôme de MASTER ACADEMIQUE Domaine : Science et Technologies Filière : Génie des Procédés Spécialité: Génie Chimique Présenté par : Bennadji Fatma Zohra & Radouani Fatma Zohra Thème Soutenu le 04/06/2017 Devant le Jury : Madame K. Ahmouda Président Université d'El Oued. Mr A. Guerram Examinateur Université d'El Oued. Mr Rouahna Noureddine Rapporteur Université d'El Oued 2017/2018 Liste des symboles Liste des symboles Liste des symboles Symbole Signification Unité CEC la capacité d’échange cationique MO méthyle orange EP-Na L'argile Natural-sodique IR La spectroscopie Infra Rouge DRX La diffraction des Rayons X UV La spectroscopie -Visible qe Quantité de l’adsorbat adsorbée par gramme d’adsorbant mg/g qm Capacité maximale de l’adsorbant appelée aussi capacité mg/g x masse de l’adsorbat adsorbé mg C0 Concentration initiale du soluté mg/l Ce Concentration du soluté à l’équilibre d’adsorption mg/l w Pourcentage massique % V Volume de la solution l m Masse d’adsorbant utilisée g b Constante de Langmuir l/mg k Constante de Freundlich mg1-n ln g-1 n Constante de Freundlich - ρ Densité apparente g cm3 ᶓ Porosité % T Température 0C t Temps min Liste des figures Liste de figure N° Titre de la figure Pa ge CHAPITRE I : Définition et caractérise Figure (I.1) Structure générale d’une l’argile (caillére et al, 1982) 1 Figure (I.2.a) Couche tétraédrique 2 Figuer (I.2.b) Couche octaédrique 2 Figuer (I. 3) Schéma du feuillet 1/1 2 Figuer (I. 4) Schéma du feuillet 2/1 3 Figuer (I. 5) Texture des argiles 3 Figuer (I. 6) Schéma de la structure de la kaolinite 4 Figuer (I. 7) Schéma de la structure de la montmorillonite 5 Figuer (I. 8) Schéma de la structure de la I' llite 6 Figuer (I.9) Schéma de la Classification des argiles 6 Figure (I.10) Schéma du pontage des argiles 9 Figuer (I.11) Méthyle orange 13 Chapitre II: GENERALITES SUR L’ADSORPTION Figuer (II.1) Schéma du mécanisme de transport d’un adsorbat au sein d’un grain 14 Figuier (II.2) Classification des isothermes selon Brunauer et al. 16 Chapitre III: PARTIE EXEPRIMENTALE Figure (III.1) photo d'appareil ILTFFINITY -1 SHIMADZU 21 Figure (III.2) Schéma d'un Spectroscopie UV-Visible 21 Figure (III. 3) photo d'appareil UV-Visible 22 CHAPITRE IV: Résultats de caractérisation et application à l'élimination du méthyle orange Figure (IV -1) Le spectre infrarouge d’argile brut et purifiée 31 Figure (IV -2) : détermination du point zéro charge d’argile purifiée 32 Figure (IV-3) influence du pHi sur l'adsorption du MO par argile purifiée 33 Figure (IV-4) Effet de la masse de l'argile purifiée sur l'adsorption de MO 34 Figure (IV-5) Effet de la concentration initiale du MO sur la quantité adsorbée 35 Figure (IV-6) Cinétique d'adsorption du MO sur argile 35 Figure (IV-7) a) Isotherme expérimentale d'adsorption du MO sur l'argile modifiée, b) isotherme de type II. 36 Figure (IV-8) Modélisation de la cinétique d'adsorption du MO. a) modèle premier ordre. b) modèle deuxième ordre. 37 Figure (IV -9) Modélisation de l’isotherme d’adsorption de cuivre suivant: (a) le modèle de Langmuir, (b) le modèle de Freundlich, (c) modèle DKR. 39 Liste des tableaux Liste des tableaux N° Titre de tableau Page CHAPITRE I : Définition et caractérise Tableau (I. 1) combine la surface spécifique et les valeurs de capacité d'échange de différentes familles de boues pour une solution neutre(pH = 7). 7 Tableau (I. 2) La surface spécifique de quelques minéraux argileux 7 Tableau (I. 3) Principaux groupes chromophores et auxo chromes 11 Tableau (I. 4) Classification des colorants en fonction de leur utilisation 12 CHAPITRE II : Généralités sur l'adsorption Tableau (II. 1) Différences entre l’adsorption physique et l’adsorption chimique 15 CHAPITRE IV: Résultats de caractérisation et application à l'élimination du méthyle orange Tableau (IV. 1) Les paramètres des modes cinétique d'adsorption du MO sur l’argile purifiée 38 Tableau (IV. 2) les résultats du calcul des paramètres des modèles étudiées. 40 Sommaire Sommaire Sommaire Introduction général CHAPITRE I : Définition et caractérise I.1 L’argiles 01 Ӏ.1.1 Définition 01 Ӏ.1.2 Structure des Argiles 01 Ӏ.1.3 Principales catégories des minéraux argileux 04 Ӏ.1.4 groupe des argiles 04 Ӏ.1.4.1 Les argiles non gonflant 04 Ӏ.1.4.2 Les argiles gonflant 05 Ӏ.1.5 classification de l'argile 06 Ӏ.1.6 Propriétés des argiles cationiques 06 Ӏ-6-1-1 la capacité d’échange cationique (CEC) 07 Ӏ-6-1-2 La surface spécifique 07 Ӏ-6-1-3 Propriétés de gonflement, rôle du cation compensateur 07 Ӏ.7 L’activation des Argiles 08 Ӏ.8 Pontage des argiles 08 Ӏ.1.9 Degré d'hydratation 09 Ӏ-2 COLORANTS 10 Ӏ-2-1 Historique 10 Ӏ-2-2 Définition 10 Ӏ-2-3 Classification des colorants 12 Ӏ-2-3-1 Colorants couramment utilisés 12 Ӏ-2-3-2 Toxicité des colorants 13 Chapitre II :GENERALITES SUR L’ADSORPTION Ӏ-2 Adsorption Ӏ-2-1 Phenomene d’adsorption 14 Ӏ-2-1-1 adsorption physique 14 Ӏ-2-1-2 adsorption chimique 14 Ӏ-2-2 Isotherme d’adsorption 16 Ӏ-2-2-1 Classification des isothermes d’adsorption 16 Ӏ-2-3 Modèles des isothermes 18 Chapitre III : Partie expérimentale Introduction 20 II.2 Méthodes de caractérisation 20 II.2.1 La spectroscopie Infra Rouge (IR): 20 II.2.2 La spectroscopie UV-Visible: 21 II.3 Matériels 22 Sommaire II.4 Mode opératoire 22 II.5 Étude expérimentale: 24 II-5-6-1 Modélisation des isothermes 28 CHAPITRE IV: Résultats de caractérisation et application à l'élimination du méthyle orange IV-1-1 Domaine de 3700- 2900cm-1(espace interlamellaire) 30 IV-1-2 Domaine de1700 -1000cm-1(anions compensateurs) 30 IV-1-3 Domaine de 1000-500 cm-1(feuillet) 30 IV -2 détermination du point zéro charge du argile purifiée : 31 IV-3 Étude de l’effet du pH sur l’adsorption : 33 IV-4 Effet de masse de l’adsorbant 34 IV-5 Effet de concentration initial du MO 36 IV-6 Etude cinétique d’adsorption (Temps de contact) 36 IV-7 Etude de l’isotherme d’adsorption 36 IV-8 Modélisation des résultats 37 Introduction générale [INTRODUCTION GENERALE] 1 Introduction générale L’eau est un élément indispensable à l’existence des êtres vivant. Son rôle est fondamentale pour le développement économique de la civilisation humaine, vu son utilisation dans de nombreux secteurs notamment l’industrie et l’agriculture. Cette ressource vitale est très connue par sa grande fragilité. D’où la nécessité d’amélioration des moyens efficaces pour sa protection contre la pollution. Les métaux lourds et les colorants organiques sont parmi les polluants qui constituent un grand risque sur l’environnement et la santé humaine vue de leur résistance à la biodégradabilité. [1] Afin de réduire les quantités de ces contaminants des milieux aquatiques, plusieurs procédés de traitement ont été développés. Le procédé d’adsorption est l’une des méthodes les plus simple et efficace pour l’élimination des polluants de nature différents, notamment les polluants organiques (colorants, composés phénoliques…), les métaux lourds (cadmium, plombe, mercure…). Dans les dernier années, les chercheurs s'orientent aux développés de nouveaux adsorbants, qui sont abondants naturellement, économiquement rentables et efficaces pour le traitement des écosystèmes tel que des bio- adsorbants et l'argile est devenue une méthode analytique de choix, très efficace et simple à utiliser. Il a également été démontré qu'une série d'études ont été appliquées à des échantillons prélevés dans plusieurs régions à partir desquelles leur capacité à absorber les différents types de pigments que nous citons sur mémoire; Gomri Fatima'' Synthèses et caractérisations d’argiles cationiques et anioniques organophiles. Elimination des chlorophénols''et Lassoued Hayat ''Synthèse des hydroxydes doubles lamellaires: Application à l'élimination des cations Co2+ ''et M.BOUHAMD, O.DIA ''étude de l’élimination du colorant Rouge congo par l’adsorption sur des matériaux argileux''. Notre travail effectué dans ce cadre est présenté en trois chapitres. Dans le premier chapitre nous présentons une synthèse bibliographique sur les argiles et leurs propriétés ainsi le procédé d’adsorption sur l'argile naturel que nous avons utilisé dans le cadre de cette étude. Dans le deuxième chapitre, nous donnons le protocole expérimental de la purification de l'argile naturel et les différentes techniques de caractérisation: la détermination du point zéro charge (pHPZC), l’analyse infrarouge (IRTF). Le troisième chapitre présente les résultats expérimentaux de la caractérisation obtenus et l'application de notre argile à l'élimination du colorant méthyl orange(MO). Ce mémoire se termine par une conclusion générale qui regroupe les principaux résultats obtenus de l’étude effectuée. Chapitre I Définition et caractérisation CHAPITRE I DEFINITION ET CARACTIRISTION 1 I.1.L’argiles Ӏ.1.1. Définition Les argiles sont des produits de décomposition des roches siliceuses, par désagrégation physique et mécanique puis par altération chimique. L’argile brute contient généralement des particules élémentaires dont le diamètre des grains est inférieur à deux micromètres (2 µm) qui représentent les individus cristallins (phase minérale pure), appelés minéraux argileux responsables de ses propriétés telles que le gonflement, et les propriétés d’adsorption [2]. Ӏ.1.2. Structure des argiles Les argiles sont des phyllo silicates d’aluminium hydratés [3]. Les argiles ont une organisation complexe, la description suivante va donner la structure de base et la texture des argiles. Elle contient:  Couches  Feuillets  Particules élémentaires  Cristallites Figure (I.1):Structure générale d’une l’argile (caillére et al, 1982)  Les couches d’un élément : Les couches d’un élément sont composées de tétraèdres (Fig.2.a) ou d’octaèdres (Fig: 2.b). CHAPITRE I DEFINITION ET CARACTIRISTION 2 La couche tétraédrique est composée de tétraèdres Si4+ entourés de quatre anions O-2 aux sommets Figure (I.2.a). Figure (I.2.a): Couche uploads/Science et Technologie/ l-x27-elimination-de-methyle-orange-par-adsorption-sur-l-x27-argile-natural.pdf