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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABOU-BEKR BELKAID - TLEMCEN Utilisation des biomatériaux dans le traitement des eaux MÈMOIRE Présentée à : FACULTE DES SCIENCES – DEPARTEMENT DE CHIMIE Pour l‟obtention du diplôme de : MASTER EN CHIMIE Spécialité: Chimie macromoléculaire Par : Bouabdallah Fouzia Sur le thème Soutenue publiquement le 25 juin 2018 à Tlemcen devant le jury composé de : Mr Tennouga Lahcen Professeur Université de Tlemcen Président Mme Benhachem Fatima.Z MCB C.U de Relizane Encadreur Mr Mansri Ali Professeur Université de Tlemcen Co-encadreur Mme Mansri Asma MCB Université de Tlemcen Examinatrice Laboratoire d’Application des Electrolytes et des Polyelectrolytes organiques Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier Dieu, le tout-puissant, qui m’a donné de la force pour que je puisse terminer mon étude. Ce travail a été réalisé au laboratoire d’application des électrolytes et polyélectrolytes organiques (LAEPO), de l’université Abou Bekr Belkaid, Tlemcen, sous la direction de Monsieur le professeur Ali Mansri. J’adresse mes sincères remerciements à : Madame Benhachem Fatima Zahra, les mots ne suffisent pas pour lui faire connaitre ma reconnaissance d’avoir encadré mon travail. Je n’oublie jamais ces qualités tant scientifiques qu’humaines, ses compétences, sa patience et la liberté qu’elle ma laissé au cours de toutes la durée de synthèse au laboratoire. Monsieur le directeur Ali Mansri, pour m’avoir accepté et accueilli dans le master de chimie macromoléculaire et pour m’avoir fait l’honneur d’être mon encadreur de cette mémoire. Je lui exprime ma gratitude pour le grand plaisir et le meilleur accueil qu’il ma attribuer pendant ces deux ans de master. Monsieur Lahcen Tennouga, pour m’avoir fait l’honneur de consacré son temps précieux à la lecture de ce manuscrit, et pour avoir accepté de présider le jury de cette mémoire. Madame Asma Mansri pour accepter d’examiner ce travail et de participer au jury. Mes sincères remerciements vont également à tous mes enseignants de l’année théorique qui ont attribué à ma formation dans le domaine des polyméres : Mr A Mansri, Mr B Bouras, Mr K Ismet Benabadji, Mr L Tenoouga. Je remercie tous mes collègues du master sans exceptions. Je n’oublie jamais de remercier tous les membres de laboratoire LAEPO, surtout l’ingénieur de laboratoire et tous les doctorants pour l’apport de la bonne humeur, pour leurs savoir et leurs conseils : Amed, Nousseiba, Hanane, Tayeb, Zakarya, Redouane. Bref, un grand merci à tous………… Dédicace Je dédie ce travail en signe du respect, d’amour et de reconnaissance à : Mes très chers parents qui m’ont soutenu au long de mes études Mon grand frère Kheireddine et sa femme Ma grande sœur Badiaa et son marie Mohamed Mon petit frère Youcef Mes chers neveux Djebril et Houssem Mes chers nièces Ismahane et Aya A toute ma famille et tous mes ami(e)s A tous ce qui me sont chers FOUZIA Sommaire Introduction générale …………………………………………………………………………….1 Chapitre I I. La pollution de l’eau…………………………………………………………………………...…….3 I.1 Types de pollution……………………………………………………………………….…3 I.1.1 Pollution minérale………………………………………………………………...3 I.1.2 Pollution microbienne ……………………………………………....……………3 I.1.3 Pollution physique…………………………………...……………………………3 I.1.4 Pollutino chimique………………………………..……………..………………..3 I.2 Pollution engendrée par les colorants………………………………………………………4 II. Les colorants…………………………………………………………………………………..……..4 II.1 Classification des colorants …………………………………………………………..……4 II.1.1 Classification chimique des colorants ……………………………………………4 II.1.2 Classification tinctorial des colorants…………………........................………….4 II.2 Colorants et environnement ……………………………………………………….………6 II.3 Applications des colorants …………………………………………………………….…..6 II.4 Procédés de traitement des colorants …………………………….………………………..7 II.4.1 Physique………………………………………………….………………………7 II.4.2 Chimique……………………………………………..…………………………..7 II.4.3 Biologique ……………………………………………………………………….7 III. Adsorption………………………………………………………………………………..…………7 III.1 Types d’adsorption…………………………………………..……………………………..8 III.1.1 Adsorption physique…………………………………………...…………………8 III.1.2 Adsorption chimique ………………………………………….………………….8 III.2 Mécanisme d’adsorption ……………………………………………….….………………8 III.3 Facteurs influençant l’adsorption……………………………………………….………….9 III.3.1 Nature de l’adsorbant …………………………………………………………….9 III.3.2 Nature de l’adsorbat……………………………………………………………...10 III.3.3 Surface spécifique…………………………………………………..……………10 III.3.4 Température…………………………………………………………………..….10 III.3.5 Ph………………………………………………………...………………………10 III.3.6 Vitesse d’adsorption………………………………………………………….…..10 III.3.7 Polarité………………………………………………………………………….…11 III.3.8 Temps de contacte ………………………………………………….……………..11 III.4 Cinétique d’adsorption…………………………………………………………..………….11 III.4.1 Modèle cinétique de pseudo premier ordre…………………………………..…..11 III.4.2 Modèle cinétique de pseudo second ordre …………………..……………………12 III.5 Modélisation des isothermes ……………………………………………………………....12 III.5.1 Modèle de Langmuir………………………………………………………...…….12 III.5.2 Modèle de Freundlich…………………………………………………………….13 III.5.3 Modèle de Temkin…………………………………………………..…………….13 III.6 Adsorbants ……………………………………………………………………………..…..14 III.6.1 Adsorbants à base de polymères ………………………….……………………..14 III.6.2 Adsorbants minéraux…………………………………………………………….14 III.6.3 Charbons actifs ………………………………………………………………….15 a) La carbonisation ………………………………………………………………….16 b) Activation ………………………………………………………...………………16 IV. Amidon ……………………………………………………………………………………………...17 IV.1 Amidon natif ……………………………………………………………………………….17 IV.2 Propriétés physiques ……………………………………………………………………….18 IV.3 Propriétés chimiques ………………………………………………………………………19 IV.4 Structure chimique de l’amidon …………………………………………...……………….19 IV.5 Traitement hydrothermique d’amidon …………………………………………………….20 IV.6 Amidon modifié ………………………………………………………………………….....21 IV.6.1 IV.6.1 action de la chaleur et traitement acide…………………………………….21 IV.6.2 IV.6.2 traitement chimique …………………………………………………...…..21 IV.7 Applications…………………………………………………………………………………23 Références…………………………………………………………………………………………………….24 Chapitre II II.1 Introduction……………………………………………………………………………..….28 II.2 Méthodes de caractérisaions …………………………………………………………...…28 II.2.1 Ph-métrie……………………………………………….………………………………….28 II.2.2 Centrifugation …………………………………………………………………………….28 II.2.3 Spectrophotométrie uv-visible …………………………………………………………….29 II.2.4 Spectroscopie infra rouge ……………………………………….………………...………30 II.2.5 Analyse thermogravimétrique …………………………………………………………….31 II.2.6 D’autres instruments expérimentaux ………………………………………..…………….31 II.3 Produits ……………………………………………………………………………………32 II.4 Préparation des solutions …………………………………………………………………34 II.5 Modification de l’amidon …………………………………………………………………35 II.5.1 Hydrolyse basique de l’amidon……………………………………………………………35 II.5.2 Greffage de l’amidon par l’acrylamide ………………………………………………..….35 II.5.3 Greffage d’amidon par l’iodure de potassium …………………………………...………..36 II.5.4 Greffage d’amidon par le chlorure d’ammonium …………………………………………36 II.5.6 Préparation d’un charbon actif à base d’amidon …………………………………………..36 Références ……………………………………………………………………………………………………37 Chapitre III III.1 Introduction………………………………………………………………………….…….38 III.2 Résultats des tets de solubilité ………………………………………………………...….38 III.3 Application d’amidon natif et d’amidon modifié à la rétention de BM…………….……..40 III.4 Application de charbon actif à base d’amidon à la rétention de BM………………………41 III.4.1 Caractérisation de l’amidon natif et du charbon actif à base d’amidon…………..41 III.4.2 Influence de temps de contacte sur l’adsorption de BM sur le CAA ……………44 III.4.3 Influence de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption de BM su le CAA ………45 III.4.4 Influence de ph sur l’adsorption de BM sur le CAA ……………………………46 III.4.5 Influence de la température sur l’adsorption de BM sur le CAA ……………….46 III.4.6 Effet de concentration de l’adsorbat (BM) sur l’adsorption du BM sur le CAA...47 III.4.7 Modélisation des isothermes d’adsorption………………………………………48 III.4.8 Modélisation de la cinétique d’adsorption……………………………………….50 III.4.9 Etude thermodynamique de l’adsorption de BM sur le CAA…………...……….51 Références ……………………………………………………………………………………………..……54 Conclusion générale ………………………………………………………………………………………..55 Liste des figures Chapitre I Figure I.1 : colorant C.I acid red 27 Figure I.2: la curcumine Figure I.3 : colorant C.I mordant bleue 9 Figure I.4 : colorant de cuve Figure I.5 : colorant C.I basic green 4 Figure I.6 : colorant C.I disperse yellow 1 Figure I.7 : phénomène d’adsorption Figure I.8 : les étapes de transfert d’une molécule vers un adsorbant Figure I.9: charbon actif Figure I.10 : (a) : un feuillet de graphéne (b) : représentation schématique des microstructures du charbon actif Figure I.11 : transformation hydrothermique de l’amidon Figure I.12 : structure chimique d’amylose Figure I.13 : structure chimique d’amylopectine Figure I.14 : répartition des domaines d’utilisation d’amidon Chapitre II Figure II.1: ph métre OHAUS ST 2100/2C Figure II.2 : centrifugeuse UNIVERSAL 32 R Figure II.3 : spectrophotomètre UV-visible OPTIZEN 1412V Figure II.4 : appareillage de l’analyse thermogravimétrique TA instrument de type Q600 Figure II.5 : structure chimique de la molécule de bleu de méthylène BM Figure II.6 : courbe d’étalonnage pour le bleu de méthylène Chapitre III Figure III.1 : testes de solubilité de produit 1 à : (a) pH=7 (b) pH=2 (c) pH=12 Figure III.2 : testes de solubilité de produit 2 à : (a) pH=7 (b) pH=2 (c) pH=12 Figure III.3 : testes de solubilité de produit 3 à : (a) pH=7 (b) pH=2 (c) pH=12 Figure III.4 : testes de solubilité de produit 4 à : pH=7 (b) pH=2 (c) pH=12 Figure III.5 : spectre infrarouge de l’amidon natif Figure III.6 : spectre infrarouge de charbon actif à base d’amidon Figure III.7 : thermogramme ATG de l’amidon natif Figure III.8 : thermogramme ATG du charbon actif à base d’amidon Figure III.9 : (a) % de rétention de BM avec le CAA en fonction de temps de contacte. (b) influence de temps de contacte sur la capacité d’adsorption du BM sur le CAA Figure III.10 : (a) % de rétention de BM sur le CAA en fonction de la masse du charbon. (b) influence de la masse de CAA sur la capacité d’adsorption du BM sur le CAA Figure III.11 : (a) % de rétention du BM sur CAA en fonction de pH. (b) influence de pH sur la capacité d’adsorption du BM sur le CAA Figure III.12 : (a) % de rétention de BM sur le CAA en fonction de la température. (b) influence de la température sur la capacité d’adsorption du BM sur le CAA Figure III.13 : (a) % de rétention de BM sur le CAA en fonction de la concentration initiale de BM. (b) influence de la concentration initiale de BM sur la capacité d’adsorption du BM sur le CAA Figure III.14 : isotherme d’adsorption de BM selon Langmuir Figure III.15 : isothermes d’adsorption de BM selon Freundlich Figure III.16 : application du modèle cinétique du pseudo premier ordre du BM sur le CAA Figure III.17 : application du modèle du pseudo second ordre du BM sur le CAA Figure III.18 : la courbe de linéarisation de la constante de distribution en fonction de la température pour le CAA Liste des tableaux Chapitre II Tableau II.1 : degré de polymérisation d’amylose et d’amylopectine dans différents amidons Tableau II.2 : propriétés physico-chimiques de bleu de méthylène BM Chapitre III Tableau III.1 : résultats des testes de solubilités d’amidon modifié Tableau III.2 : pourcentage de rétention de BM sur l’amidon natif et modifié Tableau III.3 : attributions des bandes caractéristiques IR de l’amidon natif uploads/Science et Technologie/ utilisation-des-biomateriaux-dans-le-traitement-des-eaux.pdf