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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 LARBI BEN M’HIDI OUM EL BOUAGHI FACULTE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES MEMOIRE En vue de l’obtention DU DIPLOME DE MAGISTER EN GENIE DES PROCEDES OPTION : CATALYSE ET COMBUSTION Présenté par : Melle MECHERI GHANIA DEVANT LE JURY Pr.Bouhenguel Mustapha Université Larbi Ben M’Hidi OEB Président Pr.Hafsi Said Université Larbi Ben M’Hidi OEB Directeur de mémoire Pr. Belloum Mohamed Université Hadj Lakhder BATNA Examinateur Dr. Benbouzid Mohamed Université Larbi Ben M’Hidi OEB Examinateur Promotion 2010- 2011 Préparation et caractérisation des charbons actifs à partir d’un bitume d’origine pétrolière. Activation par les hydroxydes. Remerciements «Dieu» merci pour m’avoir donné la patience, le courage l’espoir pendant le long d’étude. Je remercie sincèrement Monsieur Hafsi Said, professeur à l’université d’oum el bouaghie LARBI BEN M’HIDI pour accepté la charge de réalisée ce travail, et pour m’avoir fait bénéficier de leurs connaissances scientifiques et de leurs précieux conseils, à mieux comprendre certains problèmes rencontrés au cours de ce travail. J’adresse mes respectueux remerciements à tous les membres du jury qui m’ont fait l’honneur de participer à l’évaluation de notre travail. Je suis certaine de pouvoir compter sur leurs vastes connaissances pour m’aider, par leurs commentaires et leurs discussions. Sans oublier de remercier le professeur Y. Malek Rassoul, le Dr. M. Benbouzid et H. Labidi (LMSSEF) pour l’orientation et pour l’aide. Je remercie le personnel du laboratoire de chimie appliquée et technologie des matériaux pour leur accueil et leur aide. Ainsi que tous mes collègues qui ont partagé les années d’étude. Dédicaces Je dédie ce travail ; A la fleur de mes espérances, la source de confidence de tendresse et de sacrifice, a la plus noble personne, à ma mère je dis tu resteras toujours la personne la plus adorable dans ma vie. A la mémoire de mon père je prie Dieu pour qu’il accueillir en son vaste paradis. A mes chères frères et sœurs. A toute les membres de ma famille. A toutes mes amies A chaque personne qui à été gentil avec moi durant toute ma vie. A mes collègues de la promotion génie des procédés 2010. Ghania Mecheri RESUME Résumé Ce travail concerne la préparation et la caractérisation des charbons actifs à partir d’un bitume routier 40/50 de fabrication algérienne. Les charbons actifs sont préparés dans différentes conditions opératoires: rapport KOH/solide, temps d’imprégnation et température d’activation. L’adsorption du bleu de méthylène sur ces matériaux est bien vérifiée par l’isotherme de Langmuir 1. La variation du coefficient de distribution Kd en fonction de qe montre que isotherme d’adsorption est de type L. L’étude cinétique d’adsorption du bleu de méthylène sur les charbons actifs préparés obéit à un processus du pseudo deuxième ordre. L’étude par spectroscopie de vibration infrarouge montre bien un développement d’une surface acide. Mots clés: Bitume routier, charbon actif, activation chimique, adsorption, cinétique, spectroscopie IR. RESUME ملخص ي تعلق هذا العمل بتحضير وتوصيف فحم نشيط انطالقا من قار(إسفلت ) يستعمل في تعبيد الطرقات من تصنيع جزائري .حضر الفحم النشيط في ظروف تجريبية مختلفة : النسبةKOH /الصلب، مدة النقع ودرجة حرارة التنشيط . تم التحقق من امتزاز أزرق الميثيلين على هذه المواد من قبل متساوي درجة حرارة لنغمير1 . من خالل تغيرات معامل التوزيعKd بداللةqe يظهر أن متساوي درجة حرارة االمتزاز هو من نوعL . الدراسة الحركية المتزاز أزرق الميثيلين على الفحم النشيط المحضر تبين أن الحركية من الرتبة الشبة2 . بينت مطيافية االهتزاز في مجال األشعة تحت الحمراء نمو سطح حمضي . الكلمات المفتاحية: ،إسفلت الطريق، الفحم النشيط التفعيل الكميائي، االمتزاز ، الحركية، مطيافيةIR . LISTES DES TABLEAUX – FIGURES ET SYMBOLES Liste des tableaux Chapitre I: phénomène d’adsorption Tableau I.1 : Différentes expressions mathématiques du modèle de Langmuir ………. 11 Chapitre II : préparation et caractérisation des charbons actifs Tableau II.1 : Spécifications des bitumes purs ………………………………………..…30 Chapitre III : Partie expérimentale et discussions des résultats Tableau III.1 : Effet du temps de l’imprégnation et du rapport KOH/solide sur le rendement (%) en charbon actif …………………………………………………………..43 Tableau III.2 : L’effet de la température de carbonisation sur le rendement du charbon .44 Tableau III.3: courbe d’étalonnage du bleu de méthylène (C0= 6,25 .10-5 mol/l) ……….46 Tableau III.4 : Résultats pour le rapport 1/1 …………………………………………….47 Tableau III.5 : Résultats pour le rapport 2/1 …………………………………………….48 Tableau III.6 : Résultats pour le rapport 5/1 …………………………………………….48 Tableau III.7: Calculs des isothermes pour le rapport 1/1 ………………………………50 Tableau III.8: Calculs des isothermes pour le rapport 2/1 ………………………………51 Tableau III.9: Calculs des isothermes pour le rapport 5/1 ………………………………52 Tableau III.10 : Valeur des paramètres d'adsorption du bleu de méthylène sur le charbon actif pour le rapport 1/1 …………………………………………………………………...54 Tableau III.11 : Valeur des paramètres d'adsorption du bleu de méthylène sur le charbon actif pour le rapport 2/1 …………………………………………………………………...55 Tableau III.12: Valeur des paramètres d'adsorption du bleu de méthylène sur le charbon actif pour le rapport 5/1 …………………………………………………………………...55 Tableau III.13 : Valeurs de la surface spécifique pour les différents rapports du charbon actif préparé calculé à partir du modèle de Langmuir 1 …………………………………..60 Tableau III.14 : Constantes de vitesse du modèle de pseudo premier ordre et de pseudo deuxième ordre pour les différents rapports ………………………………………………64 Tableau III.15: fréquences caractéristiques des charbons actifs préparés .........................68 LISTES DES TABLEAUX – FIGURES ET SYMBOLES Liste des figures Chapitre I : phénomène d’adsorption Figure I.1: Schéma de l'adsorption physique ……………………………………………...5 Figure I.2: Les différents types d’isothermes selon la classification d’IUPAC …………..7 Figure I.3: Classification des isothermes d’adsorption selon Giles et al …………………8 Figure I.4: Représentation d’un site d’adsorption ………………………………………..10 Chapitre II : la préparation et la caractérisation des charbons actifs Figure II.1: Colonne de distillation d’une raffinerie ……………………………………..22 Figure II.2: Principe de fabrication des bitumes …………………………………………24 Figure II.3: Fractionnement des bitume (g/mol) ……………………………..…………..26 Figure II.4: schématisation de la séparation du bitume ………………………………….27 Figure II.5: Vue (très) schématique d'un grain de charbon actif illustrant le réseau de pores et la surface interne développée …………………………………………………………..36 Chapitre III : Partie expérimentale et discussions des résultats Figure III.1 : Variation du rendement en charbon actif de la température d’activation …44 Figure III.2 : Courbe d’étalonnage du bleu de méthylène dans l’eau distillée …………..46 Figure III.3: Variation du qt en fonction du temps de contact pour les différents rapports KOH/ Solide ………………………………………………………………………………48 Figure III.4: Variation de qe en fonction de Ce dans le cas du rapport 1/1.……………...53 Figure III.5: Variation de qe en fonction de Ce dans le cas du rapport 2/1 ……………...53 Figure III.6 : Variation de qe en fonction de Ce dans le cas du rapport 5/1……………...54 Figure III.7: Variation de 1/qe en fonction de 1/Ce pour le rapport 1/1.………………….56 Figure III.8: Transformée linéaire de l’isotherme de Freundlich pour le rapport 1/1……56 Figure III.9: Variation de 1/qe en fonction de 1/Ce pour le rapport 2/1.……..…………...57 Figure III.10: Transformé linéaire de l’isotherme de Freundlich pour le rapport 2/1 …...57 Figure III.11: Variation de 1/qe en fonction de 1/Ce pour le rapport 5/1.………………...58 Figure III.12: Transformé linéaire de l’isotherme de Freundlich pour le rapport 5/1 …...58 Figure III.13: Variation de Kd en fonction de qe pour le rapport 1/1……………………..59 LISTES DES TABLEAUX – FIGURES ET SYMBOLES Figure III.14: Variation de Kd en fonction de qe pour le rapport 2/1………………..……59 Figure III.15: Variation de Kd en fonction de qe pour le rapport 5/1…………..…………60 Figure III.16: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo premier ordre pour le rapport 1/1 ………………………………………………………………………...61 Figure III.17: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo deuxième ordre pour le rapport 1/1 …………………………………………………………………..62 Figure III.18: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo premier ordre pour le rapport 2/1 ………………………………………………………………………...62 Figure III.19: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo deuxième ordre pour le rapport 2/1 …………………………………………………………………..63 Figure III.20: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo premier ordre pour le rapport 5/1 ………………………………………………………………………...63 Figure III.21: Détermination de la constant de vitesse du modèle de pseudo deuxième ordre pour le rapport 5/1 …………………………………………………………………..64 Figure III.22: Spectre infrarouge du charbon actif 1/1………….……..…………………66 Figure III.23: Spectre infrarouge du charbon actif 2/1……….…..………………………67 Figure III.24: Spectre infrarouge du charbon actif 5/1…….…….…….…………………68 LISTES DES TABLEAUX – FIGURES ET SYMBOLES Liste des symboles T : température (°C). VBM : volume de la solution mère du bleu de méthylène (ml). CBM : concentration du bleu de méthylène (mol/l) VT : le volume total (ml). qt: Quantité de soluté adsorbée par unité de masse de l’adsorbant à l’l’instant t (mg/g). C0: concentration initial de l’adsorbat (mg/l). Ct: concentration du bleu de méthylène (mg/l) à l’instant t du processus de l’adsorption. m: masse de l'adsorbant (g). V: volume de la solution (substrat) (l). A : absorbance. Ce : la concentration résiduelle du bleu de méthylène à l’équilibre de la phase liquide (mg/l). qe : la quantité du bleu de méthylène adsorbée à l’équilibre par unité de masse de l’adsorbant en (mg/g). qm : la capacité maximal de l’adsorbant pour formez une monocouche complète sur la surface (mg/g). KL : la constante de Langmuir (l/mg). R2: le coefficient de corrélation. KF : uploads/Science et Technologie/ preparation-et-caracterisation-des-charbons-actifs-a-partir-d-x27-un-bitume-d-x27-origine-petroliere-activation-par-les-hydroxydes.pdf