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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Mohamed Boudiaf
Faculté de chimie Département de
Chimie Organique Industrielle
Mémoire de Fin d’Etude Pour l’Obtention du Diplôme de Master en Chimie Industrielle
Option : Gestion des déchets et pollution des écosystèmes
Thème
Etude d’extraction de colorant par adsorption
sur des substances naturelles
PPrréésseennttéé ppaarr ::
BELAROUSSI Asma BELKACEM SAADOUN Soumia
EEnnccaaddrreeuurr :: Mr. DAAOU Mortada
DDeevvaanntt llee jjuurryy::
PPrrééssiiddeenntt :: OOUUSSSSAADDII KKaarriimmaa
EExxaammiinnaatteeuurr: HHAADDJJEELL MMoohhaammeedd
EExxaammiinnaatteeuurr:: HHAADDJJ YYOOUUCCEEFF MMoohhaammeedd
Année Universitaire : 2013/2014
Sommaire
Liste d’abréviation
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction générale……………………………………………………………………………...... 1
Chapitre I: la Pollution de l’eau
I.1.Introduction……………………………………………………….................................................. 3
I.2. Définitions………………………………………………………………………………………... 4
I.2.1. Définition selon le dictionnaire Larousse……………………………………………………. 4
I.2.2. Définition admise par le comité scientifique officiel de la Maison-Blanche………………… 4
I.3. Classification des termes concernant la pollution………………………………………………... 4
I.3.1.Classification selon le type de polluant……………………………………………………..... 5
I.3.1.1. Pollution physique………………………………………………………………………… 5
I.3.1.2. Pollution chimique………………………………………………………………………… 5
I.3.1.3. Pollution biologique........................................................................................................... 5
I.3.2. Classification selon l’origine de la pollution……………………………………………… 5
I.3.2.1 Pollution domestique…………………………………………………………………. 5
I.3.2.2. Pollution urbaine……………………………………………………………………... 5
I.3.2.3. Pollution agricole……………………………………………………………………. 6
I.3.2.4. Pollution industrielle………………………………………………………………… 6
I.4. Problèmes environnementaux issus de l’industrie textile………………………………………. 7
I.4.1.Pourquoi les rejets textiles sont-ils dangereux ?...................................................................... 7
I.4.2. Utilisation de l’eau dans l’industrie textile………………………………………………… 8
I.5.Les effluents textiles……………………………………………………………………………… 8
I.6.Conséquences de la pollution.......................................................................................................... 12
I.6.1. Conséquences sanitaires……………………………………………..…………………….... 12
I.6.2. Conséquences écologiques...................................................................................................... 12
I.6.3. Conséquences esthétiques....................................................................................................... 12
I.6.4. Conséquences agricoles…………………………………………………………………….. 12
I.6.5. Conséquences industrielles…………………………………………………………………. 13
Chapitre II : les colorants
II.1.introduction………………………………………………………………………………………. 14
II.2.Définition d’un colorant…………………………………………………………………………. 15
II.3. historique des colorants…………………………………………………………………………. 15
II.4.généralité sur les colorants………………………………………………………………………. 16
II.5. utilisation des colorants………………………………………………………………………..... 16
II.6.Classification des colorants…………………………………………………………………….... 17
II.6.1. classification technologique……………………………………………………………….. 17
II.6.2. classification technique…………………………………………………………………... 17
II.6.2.1. les colorants naturels…………………………………………………………………… 17
II.6.2.2.les colorants synthétiques………………………………………………………………. 18
II.6.3.classification chimique…………………………………………………………………… 18
II.6.4. classification tinctoriale………………………………………………………………...... 21
II.7.toxicité des colorants…………………………………………………………………………….. 23
II.8. Les méthodede traitement……………………………………………………………………… 24
II.8.1.méthode biologiques de traitement………………………………………………………….... 24
II.8.1.1.Traitement aérobie……………………………………………………………………….. 24
II .8.1.2.Traitement anaérobie……………………………………………………………………. 24
II.8.2. Méthodes physiques………………..………………………………………………………… 25
II.8.2.1.Adsorption sur charbon actif et autres matériaux………………………………………... 25
II.8.2.2. Filtration sur membrane………………………………………………………………... 25
II.8.3.Méthode physico-chimique : coagulation – floculation…………………………………….... 25
II.8.4.Méthodes chimiques de traitement des textiles…………………………………………….... 26
II.9.Nécessite de traiter les effluents textiles………………………………………………………... 26
II.9.1.Le danger des rejets textiles……………………………………………………………….. 26
II.9.1.1.Les dangers évidents…………………………………………………………………….. 26
II.9.1.2.Les dangers à long terme………………………………………………………………... 27
Chapitre III : L’adsorption
III.1.Introduction……………………………………………………………………………………... 28
III.2.Définition……………………………………………………………………………………….. 28
III.3.Cinétique de l’adsorption……………………………………………………………………….. 28
III.4.Facteurs influençant l’équilibre l’adsorption................................................................................ 29
III.5.Adsorption en système Batch…………………………………………………………………… 30
III.6.Les modèles d’adsorption……………………………………………………………………….. 30
III.6.1.Classification des isothermes d’adsorption………………………………………………... 31
III.6.1.1.Les isothermes de type C…………………………………………………………….. 31
III.6.1.2.Les isothermes de type L……………………………………………………………... 31
III.6.1.3Les isothermes de type H……………………………………………………………... 32
III.6.1.4.Les isothermes de type S……………………………………………………………... 32
III.6.2.Modélisation des isothermes concaves……………………………………………………. 33
III.6.2.1.Les modèle de Freundlich……………………………………………………………. 33
III.6.2.1.1.Le modèle simple de Freundlich…………………………………………………… 33
III.6.2.1.2.Le modèle modifié de Freundlich pour l’adsorption compétitive……………………… 33
III.6.2.2.Les modèle de Langmuir……………………………………………………………... 34
III.6.2.2.1.Le modèle simple de Langmuir…………………………………………………….. 34
III.6.2.2.2.Le modèle modifié de Langmuir pour l’adsorption compétitive…………………... 34
III.6.2.2.3.Isotherme linéaire (de NERNST)…………………………………………………... 35
Chapitre IV: Matériel et méthodes
IV.1 Matériel…………………………………………………………………………………………. 36
IV.1.1 Préparation des adsorbants………………………………………………………………….. 36
IV.1.2 Colorant (adsorbat)…………………………………………………………………………. 39
IV.2 Méthodologie expérimentale …………………………………………………………………... 40
IV.2.1 Préparation des solutions ………………………………………………………………….. 40
IV.2.2 Caractérisation des adsorbants ……………………………………………………………... 40
IV.2.2.1 Analyse structurale par spectroscopie I R T F ………………………………………… 40
IV.2.2.2 Analyse par microscope éléctronique à balayage (MEB) ……………………………... 40
IV.3.Principe de la spectroscopie UV-visible……………………………………………………… 40
Chapitre V: Résultats et discussion
V.1 Caractérisation des matériaux utilisés…………………………………………………………… 42
V.1.1 MEB ………………………………………………………………………………………… 42
V.1.2 Spectroscopie infrarouge FTIR ………………………………………………………….. 43
V.2 Le colorant Orange II………………………………………………………………………….. 45
V.2.1 Balayage………………………………………………………………………………….. 45
V.2.2 La courbe d’étalonnage ………………………………………………………………….. 46
V.3 Adsorption du colorant OR II sur les différents matériaux …………………………………… 47
V.3. 1 Cinétique d’adsorption ………………………………………………………………….. 47
V.3. 2 Effet de la masse ………………………………………………………………………… 54
V.3. 3 Isothermes d’adsorption…………………………………………………………………. 57
Conclusion générale ………………………………………………………………………………... 65
Références bibliographiques
Liste des figures
Figure I.1.Les Dangers des rejets textiles
Figure II.1. Structure de colorant
Figure II.2. Structure d’un colorant azoïque
Figure II.3.structure d’un colorant anthraquinoniques
Figure II.4. Structure d’un colorant triphénylméthane
Figure II.5. Structure d’un colorantindigoïdes
Figure II.6. Comportement du colorant direct en présence des fibres
FigureIII.1Classesdesisothermesd’aprèsGilles et coll.
Figure IV.1 : Dispositif d’activation chimique.
Figure IV.2 :Protocole opératoire de préparation du charbon actif à partir des coquilles de cacahouètes
et bâtonner de palmier.
Figure V .1 : Cliché MEB de CCA
Figure V.2 :Cliché MEB de CC
Figure V.3 :Cliché MEB de BA
Figure V.4 :Cliché MEB de B
Figure V.5 : Spectres infrarouges IR de la coquette de cacahouète avant et après l’activation chimique
(CC et CC A)
Figure V.6 :Spectres infrarouges IR des bâtonné des palmiers avant et après l’activation chimique (B
et BA)
Figure V.7 :Le spectre d’absorption de l’Orange II dans le domaine visible.
Figure V.8 :Forme tautomère.
FigureV.9 :Courbe d’étalonnage du colorant ORII.
Figure V.10 :Cinétique d’adsorption de l’Orange II sur le CC et CCA
Figure V.11 :Cinétique d’adsorption de l’Orange II sur le B et BA
FigureV.12:Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo premier ordre.
Figure V.13 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo second ordre.
Figure V.14 :Modèle d’Elovich pour l’adsorption de l’OR II sur CC et CCA.
Figure V.15 : Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire
Figure V.16 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo-premier ordre.
Figure V.17 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo second ordre.
Figure V.18 :Modèle d’Elovich pour l’adsorption de l’OR II sur B et BA.
Figure V.19 :Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire
Figure V.20 :Effet de la masse de l’adsorbant (CC) sur l’adsorption de l’OR II.
Figure V.21: Effet de la masse de l’adsorbant (CCA) sur l’adsorption de l’OR II.
Figure V.22 : Effet de la masse sur l’adsorption de l’OR II par B.
Figure V.23 : Effet de la masse sur l’adsorption de l’OR II par BA.
Figure V.24 : Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur CC.
Figure V.25 : Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur le CC
.
Figure V.26: Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur la CC.
Figure V.27 : Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur la CCA.
Figure V.28 : Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur la CCA
Figure V.29 : Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur la CCA.
Figure V.30 : Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.31 : Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.32 : Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.33 :Isothermeadsorption de l’OR II surBA.
Figure V.34 : Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur BA.
Figure V.35 :Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur BA
Liste des d’abréviation
CC :la coquette de cacahouète avantl’activation chimique
CCA :la coquette de cacahouète après l’activation chimique
B :bâtonnets des palmiers avant l’activation chimique
BA :bâtonnets des palmiers après l’activation chimique
OR II : Le colorant orange II
IR : Infrarouge
MEB : Microscope électronique à balayage
AEP :IntegratedRisk Information System, Azobenzene CASRN 103-33-3, 1998
OMS : Organisation mondiale de la santé
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I.1: présentation des différentes activités d’une entreprise textile et les effluents associés
Tableaux V.1 : Présentation des résultats de l’analyse structurale par spectroscopie infrarouge
Tableau V.2 : Constantes cinétiques de l’adsorption du colorant OR II sur les quatre matériaux (B, B
A, CC et CC A).
Tableau V.3 : Principaux paramètres caractérisant les deux modèles d’adsorption de l’OR II sur les
matériaux utilisés
Introduction
La contamination des eaux par des polluants d’origines diverses est un problème d’actualité ;
dans l’industrie de textile en particulier, les eaux résiduaires sont l’une des plus importantes sources de
pollution des eaux superficielles et des nappes souterraines, surtout envers les terres agricoles (qualité
de la récolte) et sur la faune et la flore.
Les rejets de l’industrie textile constituent d’énormes nuisances pour la santé humaine et
l’environnement. En fait, les différents colorants utilisés causent de sérieux problèmes en raison de
leur stabilité et de leur faible biodégradabilité. Ainsi, il est nécessaire de traiter ces
rejets avant qu’ils soient déversés dans le réseau d’assainissement
Actuellement, les rejets d’eaux industrielles contenant des quantités relativement importantes de
substances colorantes, constituent un problème de plus en plus préoccupant. Leur présence dans les
effluents est une menace pour tout organisme biologique. En effet, le secteur de l’eau demeure
caractérisé par l’acuité de certains problèmes notamment la dégradation qualitative et quantitative des
ressources en eau, auxquels s’ajoutent ceux causés par les conditions climatiques et la prolifération des
foyers de pollution. L’eau devient ainsi un vecteur de pollution.
La planète sera confrontée à une hausse drastique des besoins en eau dans un proche avenir. Ceci
commence d’ailleurs déjà à se faire sentir dans certaines régions du globe. Or si on en arrive à ce
niveau aujourd’hui, c’est à cause de notre comportement irresponsable vis –à- vis de cette nature que
nous n’avons pas respectée à sa juste valeur. En effet, avec le progrès technologique conjugué à un
accroissement démographique, la demande en eau n’a fait qu’augmenter. Or si le volume d’eau qui
couvre la surface de la terre est resté constant via son cycle naturel évaporation/condensation, la
qualité de la partie disponible et potentiellement utilisable par l’homme (0.1) n’a cessé de ce dégradé
et parfois d’unemanière irréversible. Le temps ou la nature s’auto- épure est révolu. Cette capacité
génératrice est dépassée à cause de nos rejets toxiques liquides, solides ou gazeux, de plus en plus
importants. Ce qui a incité l’OMS. A intervenir par conséquent, il convient de procéder à un traitement
approprié avant leur rejet dans le milieu naturel. De leur côté, les chercheurs scientifiques différents
horizons (chimie, géologie, agronomie, médecine,…), s’intéressent de plus en plus ; à l’identification
et à l’élimination des éléments polluants impliqués directement dans l’apparition de déséquilibres au
niveau des écosystèmes, ou à l’origine de troubles graves, aussi bien pour les animaux que pour l’être
humain.Des processus physiques et chimiques ont été largement étudiés pour éliminer les colorants,
polluants des eaux usées à des concentrations élevées. Certains de ces processus sont : la coagulation,
la flottation, la précipitation chimique, l’ultrafiltration, la méthode électrochimique et l’adsorption.
L’utilisation du charbon dans le processus d’adsorption est également très sollicitée. Le charbon actif
présente une forte capacité d’adsorption due essentiellement à sa grande surface spécifique mais ce
procédé reste très couteux.L’attention a été focalisée par la suite, sur l’utilisation de nouveaux
adsorbants à base de matériaux naturels abondants. Coquille de cacahouètes et bâtonnets de palmier.
Surtout au cours de ces dernières années, diverses études ont démontré le potentiel de divers
adsorbants naturels pour la récupération des colorants en solution.
L’orange II, élément considéré dans ce travail,Nous y avons traité :L’adsorption de l’Orange II
sur le charbon actif. Les cinétiques d’adsorption enfonction du temps, l’ordre cinétique de l’adsorption,
étude de l’influence de la masse del’adsorbat, les isothermes d’adsorption sur l’adsorbant ont été
étudiées.
Enfin, Nous avons terminé le manuscrit par une conclusion générale relatant les principaux
résultats de cette étude.
I.1Introduction L'eau est la substance minérale la plus répondue sur la Terre .elle couvre les trois quarts de sa
surface, elle est aussi emmagasinée dans les cavités de son sous-sol et suspendue dans l'atmosphère qui
l'entoure .elle se présente sous trois formes (solide, liquide et vapeur) et selon divers qualité dont l'eau
salée est la plus dominante. Elle est à la base de l'activité métabolique et constitue l'essence de la vie
de toute la biosphère .L'eau est indispensable au développement, à l’hygiène, à la santé et aux loisirs
.Son perpétuel mouvement actionné par l'énergie solaire, par la gravité et par l’homme, constitue le
cycle globale de l'eau à l'échelle de la planète terre. Ces facultés thermiques accordent à l'eau un rôle
important dans la régulation de la température des milieux naturels et des êtres vivants. De ce fait, elle
participe à la variation du climat et de l'apparition des extrêmes climatiques. Son pouvoir de solvant
permet une alimentation humaine, animale, et végétale contenant les éléments minéraux indispensable
.Elle véhicule éventuellement en même temps des éléments nuisibles tels les minéraux toxiques, les
bactéries et les virus. L’eau est aussi une bonne mémoire, l’analyse de la glace a facilité la
reconstitution du climat antérieur de la Terre.
قال هللا تعالى:'''وجعلنا من الماء كل شيء حي'
صدق هللا العظيم
I.2 Définitions :
La pollution est l’introduction ou la présence d’un altéragène dans un milieu et le résultat de son
action. Cette pollution est essentiellement attribuée aux activités humaines, mais quand on analyse les
différentes pollutions produites, on s’aperçoit qu’en dehors de l’homme qui est au centre de cette
responsabilité, il y a aussi des causes naturelles (les volcans, les orages, les tremblements de terre,
etc.).Plusieurs définitions ont été proposées pour le terme « pollution» parmi lesquelles[1] :
I.2.1 Définition selon le dictionnaire Larousse :
La pollution est une dégradation d’un milieu naturel par des substances chimiques et des déchets
industriels ou naturels (à l’exemple des ordures ménagères).
I.2.2 Définition admise par le comité scientifique officiel de laMaison-Blanche pour la protection
de l’environnement en 1965:
La pollution est une modification défavorable du milieu naturel qui apparaît en totalité ou en
partie comme le sous-produit de l’action humaine, au travers d’effets directs ou indirects altérant les
modalités de répartition des flux d’énergie, des niveaux de radiation, de la constitution physico-
chimique du milieu naturel et de l’abondance des espèces vivantes. Ces modifications peuvent affecter
l’homme directement ou au travers des ressources en produits agricoles, en eau, et autres produits
biologiques. Elles peuvent aussi l’affecter en altérant les objets physiques qu’il détient, les possibilités
régénératrices du milieu ou encore en enlaidissant la nature.La pollution de l’eau est due
essentiellement aux activités humaines ainsi qu’aux phénomènes naturels. Elle a des effets multiples
qui touchent aussi bien la santé publique que les organismes aquatiques, ainsi que la flore et la faune
terrestre.
I.3 Classification des termes concernant la pollution :
On appelle pollution de l’eau toute modification de la composition de l’eau ayant un caractère
gênant ou nuisible pour les usages humains. Cette modification peut être causée par l'ensemble des
rejets de composés toxiques que l'homme libère dans l’écosphère. On peut utiliser divers critères de
classification, reposant sur l’origine, la nature des polluants, la nature des nuisances créées
(répercussions sur la santé publique, sur l’équilibre écologique en rivière ou en lac…), ou selon
d’autres critères.
I.3.1 Classification selon le type de polluant :
Il existe plusieurs manières de classer la pollution. Selon le type de polluant, on peut classer la
pollution en trois catégories : pollution physique, pollution chimique et pollution biologique.
I.3.1.1 Pollution physique
On parle de ce type de pollution quand le milieu pollué est modifié dans sa structure physique
par divers facteurs. Elle regroupe la pollution mécanique (effluents solides), la pollution thermique
(réchauffement de l’eau par des usines) et la pollution nucléaire(Retombées de radioéléments issus des
explosions d’armes nucléaires, résidus des usinesatomiques et accidents nucléaires).
I.3.1.2 Pollution chimique
Elle est due au déversement des rejets industriels apportant de grandes quantités desubstances
chimiques dont certaines sont non dégradables.
I.3.1.3 Pollution biologique
Il s’agit de la pollution par les micro-organismes (bactéries, virus, parasites, champignons,
efflorescences planctoniques, etc.).
I.3.2 Classification selon l’origine de la pollution :
Selon l’origine de la pollution, on distingue quatre catégories : pollution domestique,urbaine,
agricole et pollution industrielle.
I.3.2.1 Pollution domestique
Elle est due principalement aux rejets domestiques (eaux de lavage, huiles de vidange,matières
fécales, etc.).
I.3.2.2Pollution urbaine
Ce sont les eaux des habitations et des commerces qui entrainent la pollution urbaine del’eau.
Les polluants urbains sont représentés par les rejets domestiques, les eaux de lavagecollectif et de tous
les produits dont se débarrassent les habitants d’une agglomérationnotamment des rejets industriels
rejetés par les entreprises en quantités variables selonl’importance de l’agglomération et son
activité.Le « tout –à- l’égout » est une expression significative ; elleexprime cette diversité. Ontrouve
les excréments, les restes d’aliments, les déversements d’abattoirs, les déversementshospitaliers, les
lessives, les détergents, les insecticides, les hydrocarbures, les déchets de lapetite industrie et divers
produits toxiques.
I.3.2.3 Pollution agricole [2]
L’agriculture, l’élevage, l’aquaculture et l’aviculture sont responsables du rejet denombreux
polluants organiques et inorganiques dans les eaux de surface et souterraines. Cescontaminants
comprennent à la fois des sédiments provenant de l’érosion des terres agricoles,des composés
phosphorés ou azotés issus des déchets animaux et des engrais commerciaux,notamment des nitrates.
A) Utilisation des engrais en agriculture:La modernisation de l’agriculture et son intensificationont
été généralement accompagnées d’une utilisation abusive et non rationnelle des engraisazotés,
notamment.
B) Utilisation des pesticides en agriculture : Les pesticides sont utilisés en agriculture pourprotéger
les cultures et les récoltes contre les insectes prédateurs afin d’augmenter lesrendements. Le lessivage
de ces produits phytosanitaires utilisés en agriculture entraine lacontamination des eaux par des
substances toxiques (pesticides). Par ailleurs, lespesticides ne sont pas biodégradables.
I.3.2.4Pollution industrielle
Le développement accéléré des techniques industrielles modernes a engendré unepollution très
importante. En effet, celle-ci est devenue plus massive, plus variée et plusinsidieuse. Devant l’extrême
diversité de ces rejets, une investigation propre à chaque typed’industrie est nécessaire : il est donc
primordial d’être parfaitement informé sur les procédés de fabrication et le circuit des réactifs et des
produits. Il est évident que les effluents déversés sans traitement approprié entraînent des changements
indésirables dans le milieu récepteur et des pollutions très néfastes.A ce propos, parmi les grandes
industries polluantes, l’industrie textile occupe une place suffisamment importante pour être priasse en
compte[3].
I.4 Problèmes environnementaux issus de l’industrie textile :
Le principal problème environnemental qui se pose dans l’industrie textile est celuides quantités
d’eau rejetées et de leur charge chimique. Les autres questions importantes sontla consommation
énergétique, les émissions dans l’atmosphère, les déchets solides et lesodeurs qui peuvent représenter
des nuisances significatives dans certains traitements.Les émissions dans l’atmosphère sont
habituellement captées à la source. Comme ellessont contrôlées depuis longtemps dans différents pays.
On dispose de bonnes donnéeshistoriques sur les rejets atmosphériques pour chaque procédé
spécifique. Ce n’est pas le caspour les émissions dans l’eau. En effet, les flux provenant des différents
procédés sontmélangés et donnent un effluent final dont les caractéristiques résultent d’une
combinaisoncomplexe de facteurs, tels que les types de fibres et les présentations de matières traités,
lestechnique mises en œuvres et les types de produits chimiques et d’adjuvants utilisés[4].
I.4.1 Pourquoi les rejets textiles sont-ils dangereux ?
Rejets textiles
Figure I.1 :Les Dangers des rejets textiles[6]
I.4.2 Utilisation de l’eau dans l’industrie textile :
Aux divers stades de la fabrication, ces industries demandent de grandes quantités d’eaux qui
sont l’objet des traitements suivants:
- Adoucissement ou déminéralisation des eaux destinées à la préparation du fil, spécialement lorsqu’il
s’agit de textile artificiel. (Adoucissement, souvent précédé de décarbonatation des eaux destinées au
blanchiment et à la teinture des fibres).
- Traitement des eaux d’alimentation des chaudières, dont les volumes d’appoint sont souvent
importants.
- Déminéralisation des eaux destinées au conditionnement de l’air des salles de filature ou de tissage
(osmose inverse, échange d’ions) [5].
I.5 Les effluents textiles : [2]
Parmi les industries consommatrices d’eau en grande quantité, on trouve celle du textile avec
celle de la tannerie en téte de liste. Les secteurs de teintures, de l’impression ou du finissage du textile
y occupent une place de choix. Ces activités générent une pollution importante en eaux
résiduaires.selon un rapport publié en 2000 par la Fédération des industries detextile, la consommation
en pigment et colorants de ce secteur en Algérie dépasse les 4012 tonnes annuellement, la
consommation de produits chimiques auxiliaire atteint 16356 tonnes/an .
L’alimentation en eau des unités de textile ayant des activités de teintures et d’impression.
Se fait à partir des réseaux de distribution publics, avec un total de 4808 700 m3/an et à partir de puits
ou de forages privés avec un total de 763 000 m3/an.Les eaux résiduaires de l’industrie de textile
Dangers évidents
- Eutrophisation
- Sous oxygénation
- Couleur, turbidité, odeur
Les Dangers à long terme
-La persistance
-Bioaccumulation
-Cancer
présentent généralement des problèmes de couleur, de température relativement élevée et de
concentration élevées de DBOs, de DCO,de solides en suspension, ainsi que de toxicité et de
conductivité élevées. Leurs caractéristiques peuvent êtreextrêmement variables en raison du large
spectre de colorants, de pigments, de produits auxiliaires et de procédés utilisés.L’industrie textile
constitue un secteur aux activités industrielles multiples, on peut trouver comme activités :
-la préparation de la laine (délainage, lavage, séchage, cardage, peignage) avant la filature,
- la filature du coton, du lin, de la laine ou encore de fibres synthétiques,
- le tissage ou le tricotage ou encore la technique des non-tissés (fabrication à partir de fibres
synthétiques artificielles ou artificielles ou naturelles, formation de la nappe par un procédé par voie
sèche ou humide, puis consolidation mécanique, chimique ou thermique, puis séchage).
-l’ennoblissement : tout ce qui confère au textile son aspect final : blanchiment, teinture, impression….
C’est la partie ennoblissement (impression, teinture, apprêts) qui est la plus concernée en matière de
consommation d’eau et de rejet de colorant, solvants, apprêts et substances utilisées pour la préparation
des fibres.L’ennoblissement textile consiste en une combinaison de procédés unitaires, qui peuvent
être appliqués dans le cadre de la production d’un produit textile. Nous citons les plus importants :
Le désencollage est utilisé sur le tissu pour éliminer les composés appliqué aux fils pour faciliter le
tissage, ils s‘effectue par l’effet de diastases (enzyme) sur le produit amylacé (produit utilisé en
encollage des matières cellulosiques), soit par oxydation, ou encore par des solutions aqueuses
basiques chaudes pour les produits d’encollage dits solubles à l’eau.
Le Désensimage a pour but d’éliminer les produits d’ensimage déposés sur la fibre pour réduire les
coefficients de frottement pendant le travail de la filature.
Le Débouillissage (également connu sous le terme de dégraissage atmosphérique ou sous pression) a
pour but l’extraction d’impuretés présentes dans la fibre brute (cires du coton) et le rendre hydrophile
par un traitement en lessive alcaline (NaOH, NaHCO3,..).
Le Blanchiment consiste à éliminer la couleur d’origine qui reste toutefois inchangée car la matière
colorée ne peut être complètement éliminée par le lavage et l’extraction alcaline, pour les fibres
cellulosiques, le peroxyde d’hydrogène (H2O2), l’hypochlorite de sodium (NaCLO) et le chlorite de
sodium (NaCLO2).
LeMercerisage est effectué pour améliorer la résistance à la traction, la stabilité dimensionnelle et la
brillance du coton. Par ailleurs, il améliore la montée du colorant (une réduction de 30 à 50 °
/° de la
consommation de colorant peut êtreatteintegrâce à un meilleur épuisement des bains de teinture).
LaTeinture consiste à colorer les étoffes, la qualité de la teinture et de l’impression se caractérise par
la solidité à la lumière, à l’eau,etc. les procédés de teinture dépendent de la nature de la matière textile
et du type de colorant. Après ionisation de la cellulose à l’aide d’un mélange de Na2CO3 et de soude,
l’imprégnation de la fibre par le colorant est réalisée et facilitée par l’addition de chlorure de sodium.
Enfin, le Finissage permet d’améliorer des tissus. Il varie selon l’usage auquel ils sont destinés.
Il est effectué mécaniquement ou chimiquement. Le traitement chimique a pour but la déshydratation,
l’imperméabilisation ou l’hydrofugation. La déshydratation, qui est réalisée à l’aide du pentoxyde de
phosphore, diminue la teneur en eau des fibres. L’imperméabilisation, qui est réalisée par imprégnation
de solution à base d’huiles et de résines synthétiques, s’oppose à la pénétration de l’eau et de l’air dans
le textile. L’hydrofugation permet l’obtention d’un tissu s’opposant à la pénétration de l’eau tout en
conservant sa souplesse et sa perméabilité à l’air.Toutes ces activités sont fortement consommatrices
en énergie et en eau mais également très polluantes. Dans le tableau ? Sont rassemblés les différentes
étapes ainsi que les rejets associés .
Tableau I.1:présentation des différentes activités d’une entreprise textile et les effluents associés[6]
ACTIVITES
REJETS ASSOCIES
Préparation de la laine Rejets liquides fortement chargés en matières
en suspension et matières organiques
Filature -Aucun rejet liquide (exception pour la
filature du lin dite mouillée qui permet
d’obtenir des fils fins : rejets équivalents à
ceux provenant de la préparation de la laine)
-rejets gazeux constitués essentiellement de
poussières
tissage/ tricotage -présence de poussières
-présence d’argents d’encollage
Mais faible consommation en eau, activité
considérée comme peu polluante
Ennoblissement
-prétraitement
(désencollage,désensimage,débouillissage,
mercerisage)
-le blanchiment
Rejets contenant des huiles, des cires, de la
soude, des détergents et des produits
auxiliaires.
Les prétraitements représentent 50°/° de la
pollution organique liée à l’ennoblissement
(surtout au niveau de désencollage).
7°/°du volume des effluents liés à
l’ennoblissement
Eaux de blanchiment (présence
-teinture
-impression
-apprêts chimiques
d’organochlorés)
69°/° du volume des effluents liés à
l’ennoblissement
Essentiellement constitués d’eau, de
colorants non fixés (colorants utilisés
souvent insolubles dans l’eau).
12°/° du volume des effluents liés à
l’ennoblissement
Eaux d’impression : colorants (même type
qu’en teinture mais en concentration plus
importante), liants, adjuvants (fixation des
colorants), épaississant (pour éviter le
coulage de la couleur)
10°/° du volume des effluents liés à
l’ennoblissement
Eaux de vidange et de nettoyage des
machines (produits chimiques)
2°/° du volume des effluents liés à
l’ennoblissement rejets gazeux
I.6 Conséquences de la pollution:
Les conséquences d’une pollution peuvent être classées en trois catégories principales :
sanitaires, écologiques, esthétiques, agricoles, industrielles.
I.6.1 Conséquences sanitaires:
Les conséquences sanitaires sont celles à prendre en compte en priorité. Elles peuvent être liées à
l’ingestion d’eau, de poissons intoxiqués…etc., mais aussi, au simple contact avec le milieu aquatique
(cas de nombreux parasites). On peut noter qu’il ne s’agit pas toujours de problèmes de toxicité
immédiate, les conséquences sanitaires pouvant intervenir au travers de phénomènes complexes, que
nous ne développerons pas ici.La conséquence sanitaire d’une pollution est variable dans le temps en
fonction de l’usage de l’eau : par exemple, la pollution d’une nappe non exploitée n’a aucune
conséquence sanitaire immédiate, mais peut en avoir longtemps après, si on utilise cette eau pour
l’alimentation en eau potable (A. E. P.).
I.6.2 Conséquences écologiques:
Les conséquences écologiques se mesurent en comparant l’état du milieu pollué par rapport à ce
qu’il aurait été sans pollution. Ceci n’a rien d’évident, la pollution se traduisant parfois uniquement par
l’accentuation d’un phénomène naturel. D’une manière générale, les conséquences écologiques sont à
considérer au travers de la réduction des potentialités d’exploitation du milieu (pêche, aquaculture,
tourisme, …).[5]
I.6.3 Conséquences esthétiques:
Il s’agit de pollutions n’ayant pas de conséquences sanitaires ou écologiques importantes, mais
perturbant l’image d’un milieu (par exemple, par des bouteilles plastiques). Les conséquences
esthétiques sont, par définition, les plus perceptibles, et c’est donc celles dont les riverains et le grand
public auront, en premier, conscience. On peut également distinguer deux autres conséquences liées à
l’utilisation de l’eau comme produit. Elles sont énoncées ci-dessous.[4]
I.6.4 Conséquences agricoles:
L’eau est, dans certaines régions, largement utilisée pour l’arrosage ou l’irrigation sousforme
brute (non traitée). La texture du sol (complexe argilo humique), sa flore bactérienne,les cultures et le
bétail, sont sensibles à la qualité de l’eau. De même, les boues issues dutraitement des eaux usées
pourront, si elles contiennent des toxiques (métaux lourds) être àl’origine de la pollution des sols, en
cas d’épandage.[2]
I.6.5 Conséquences industrielles :
L’industrie est un gros consommateur d’eau : il faut par exemple 1m3 d’eau pour produire 1kg
d’aluminium. La qualité requise pour les utilisations industrielles est souvent très élevée, tant sur le
plan chimique (pour limiter la minéralisation, corrosion, entartrage), que biologique (problème de
biofouling, c’est-à-dire d’encrassement des canalisations par des organismes). Le développement
industriel peut donc être stoppé ou retardé par la pollution.Généralement, les différents types de
pollution sont mélangés et agissent les uns sur les autres. En effet, un rejet n’est jamais une source
unique et un égout rejette des déchets de différentes natures, en plus des déjections domestiques et
animales.L’organisation mondiale de la santé (OMS) considère que 80% des maladies qui affectent la
population mondiale sont directement véhiculées par l’eau : des dizaines, voire des centaines de
millions de personnes sont atteintes en permanence de gastro-entérites, 160 millions de paludisme et
30millions d’onchocercose. Malgré les apparences, la transmission des maladies par une eau polluée
n’est pas l’apanage des pays en voie de développement et l’élaboration de normes sur les eaux de
consommation vise à fournir aux consommateurs une eau qui ne constitue pas un risque pour la
santé.En définitive la pollution des eaux par les matières organiques est un problème mondial dont les
aspects et la portée sont évidemment différents selon le niveau de développement des pays. Il importe
que les concentrations des produits polluants soient les plus faibles possible.La prévention est donc
essentielle et repose sur les trois aspects suivants:
L’aspect réglementaire qui consiste à fixer des normes ;
L’aspect sanitaire qui comporte en particulier le contrôle technique des installations ;
Les aspects scientifiques et technologiques qui correspondent à l’amélioration des procédés de
dépollution [3].
II.1 Introduction
Le premier écrit faisant référence à l'utilisation de teintures naturelles est daté de 2600 ans avant
J.C. Ce n'est qu'en 1856 que William Henry Perkin, en essayant de synthétiser de la quinine artificielle
à partir d’allyltoluidine pour soigner la malaria, a découvert la première matière colorante synthétique.
Il l’appela "mauve", c’est l’aniline qui est un colorant basique.
L'industrie des colorants synthétiques était alors née.Les colorants synthétiques représentent un groupe
relativement large de composés chimiques organiques rencontrés dans pratiquement toutes les sphères
de notre vie quotidienne.La production mondiale est estimée à 700 000 tonnes/ an, dont 140 000 sont
rejetées dans les effluents au cours des différentes étapes d’application et de confection.Ces rejets,
composés de surfactants, composés biocides, suspensions solides, agents de dispersion et de mouillage,
colorants et métaux traces, sont toxiques pour la plupart des organismes vivants. L'hétérogénéité de
leur composition rend difficile voire quasiment impossible l'obtention de seuils de pollution inférieurs
ou égaux à ceux imposés par les normes environnementales, après traitement par les techniques
traditionnelles.
Dans ce chapitre nous avons dans un premier temps rappelé les grandes familles chimiques de
colorants qui constituent la grande part du marché des colorants industriels. Les techniques de
dépollution des rejets textiles les plus répandues, sont succinctement abordées dans cette partie[7].
II. 2 Définition d’un colorant
Un colorant est une matière colorée par elle-même, capable de se fixer sur un support.La
coloration plus ou moins intense des différentes substances est liée à leur constitution chimique. En
fait, un colorant est un corps susceptible d’absorber certaines radiations lumineuses et de réfléchir
alors les couleurs complémentaires. Ce sont des composés organiques comportant dans leurs
molécules trois groupes essentiels : le chromophore, l’auxochrome et la matrice. Le site actif du
colorant est le chromophore, il peut se résumer à la localisation spatiale des atomes absorbant l’énergie
lumineuse. Le chromophore est constitué de groupes d’atomes dont les plus classiques sont le nitro
(─NO2), le diazo(─N═N─), le nitroso (─N═O), le thiocarbonyl (─C═S), le carbonyl (─C═O), ainsi
que les alcènes (─C═C─). L’absorption des ondes électromagnétiques par le chromophore est due à
l’excitation des électrons d’une molécule. La molécule qui les contient devient chromogène. La
molécule chromogène n’a des possibilités tinctoriales que par l’adjonction d’autres groupements
d’atomes appelés «auxochrome». Ces groupes auxochrome permettent la fixation des colorants et
peuvent modifier la couleur du colorant.Ils peuvent être acides (COOH, SO3, OH) ou basiques (NH2,
NHR, NR2). Le reste des atomes de la molécule correspond à la matrice, la troisième partie du
colorant [8].
II.3Historique des colorants
Depuis le début de l’humanité, les colorants ont été appliqués dans pratiquement toutes les
sphères de notre vie quotidienne pour la peinture du papier, de la peau et des vêtements, etc. jusqu'à la
moitié du 19éme siècle. Les colorants appliqués étaient d’origine naturelle. Des pigments inorganiques
tels que l’oxyde de manganèse l’hématite et l’encre étaient utilisés. Par ailleurs, des colorants naturels
organiques ont été appliqués. Surtout dans l’industrie textile. Ces colorants sont tous des composés
aromatiques qui proviennent essentiellement des plantes, telles que l’alizarine et l’indigo. L’industrie
des colorants synthétiques est née en 1856 quand le chimiste anglais William Henry pékin, dans une
tentative de synthèse de la quinine artificielle pour soigner la malaria, a obtenu la premièrematière
colorante synthétique qu’il appela « mauve » (aniline, colorant basique). Pékin a breveté son invention
et il a installé une chaine de production, qui serait bientôt suivie par d’autres. De nouveaux colorants
synthétiques commencent à paraitre sur le marché. Ce processus a été stimulé par la découverte de la
structure moléculaire du benzène en 1865 par Kekulé. En conséquence, les colorants synthétiques ont
presque complètement supplantés naturels[9].
II.4 Généralité sur les colorants
Les colorants constituent un groupe très diversifié ayant en commun la propriété de colorer
d’une manière permanente les tissus, cuirs ou papiers. Tous ces colorants sont des composés
aromatiques dont les électrons très délocalisés peuvent adsorber la lumière pour certaines longueurs
d’ondes. Lespropriétés colorantes des composés organiques dépendent de leur structure et de
leurcomposition chimique.Les produits utilisés Exemple de structures de
colorants :
Figure II.1 : Structures des colorants[8]
Les colorants rejetés par les industries textiles et les officines de nettoyage des vêtements, sont
peu ou pas biodégradables et résistent bien aux traitements classiques d’épuration. Ils créent surtout
une nuisance visuelle dans les eaux contaminés bien qu’un certain nombre d’entre eux est mutagène et
cancérogène[8].
II.5 Utilisation des colorants
L’industrie des colorants constitue un marché économique considérable car de nombreux
produits industriels peuvent être colorés, principalement :
pigments (industrie des matières plastiques) ;
encre, papier (imprimerie) ;
colorants alimentaires (industrie agro-alimentaire) ;
pigments des peintures, matériaux de construction, céramiques (industrie du bâtiment);
colorants capillaires (industrie des cosmétiques) ;
colorants et conservateurs (industrie pharmaceutique)
carburants et huiles (industrie automobile etc.,...) ;
colorants textiles à usage vestimentaire, de décoration, du bâtiment, du transport, colorants
textiles à usage médical etc. [13]
II.6Classification des colorants
Les colorant synthétique sont classés selon leur structure chimique et leur méthode d’application
aux différents substrats(textiles, papier, cuir, matièresplastiques, etc.).
II.6.1 Classification technologique ou (appellation usuelle)
La classification technologique permet à l’utilisateur de connaître le mode d’application du
colorant, et donc ses domaines d’utilisation, ses propriétés (solubilité, affinité pour tel type de fibres ou
matériaux, nature de la fixation …). Il est souvent difficile de connaître la composition chimique des
colorants car la confidentialité sur la composition chimique est généralement préservée.
Cette classification comprend trois éléments :
Le nom générique de la classe d’application ;
La couleur ;
Le numéro d’ordre chronologique d’inscription au "colour index "[7]
II.6.2 Classification technique
Les colorants utilisés dans l’industrie textile contiennent habituellement des groupes acides
sulfoniques qui leur confèrent une hydro solubilité appropriée et qui permettent à la molécule du
colorant de se lier ioniquement aux sites chargés du réseau polymérique du tissu. On peut classer les
colorants organiques en deux catégories suivant leur synthèse :
Colorants naturels
Colorants synthétiques[10]
II.6.2.1 Les colorants naturels
Ils sont très répandus, surtout dans les plantes (bois, racines, graines, fleurs et fruits) et même
dans les micro-organismes et le corps des animaux. On les trouve à l’état libre ou liés à des glucides ou
des protéines, exemple : garance, cochenille, indigo, pourpre. Aujourd’hui, l’importance économique
des colorants organiques naturels a beaucoup diminué. Du fait de leur cherté, on ne les utilise dans
l’industrie textile, du cuir et du papier que pour des traitements spéciaux. Ils restent, en revanche très
utilisés dans les produits alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques soumis à des réglementaires
plus strictes.[9]
II.6.2.2 Les colorants synthétiques
Les colorants synthétiques dominent aujourd’hui le marché surtout que leurs propriétés peuvent
être précisément adaptées à leur utilisation. Tous ces colorants sont synthétisés principalement à partir
des produits pétroliers, notamment du benzène et de ses dérivés (toluène, naphtalène, xylène et
anthracène). Ils sont de plus en plus utilisés dans les industries de coloration et des textiles grâce à leur
synthèse assez facile, à leur production rapide et à la variété de leurs couleurs comparées aux colorants
naturels.La dénomination des colorants commerciaux est loin de présenter la rigueur de celle des
composés chimiques parce que, d’une part ce ne sont généralement pas des produits purs et que.
D’autre part, les fabrications préfèrent très souvent ne pas en divulguer la composition exacte. Cela a
conduit, sous une inspiration poétique, à baptiser les premiers colorants de noms de plante (mauvéine,
etc.).Actuellement, le fabricant de matières colorantes déposent des marques protégées qui ne donnent
aucune sur la structure, mais caractérisent la nuance et les procédés d’application. Ainsi, chaque
colorant est désigné par sa couleur, sa marque commerciale et un code qui permet d’insister sur une
nuance (par exemple : R = red ; Y = yelow ou G= green ; B = bleu ; 2B = more bleu, etc.) ou une
qualité (L =résistant à la lumière). La production totale mondiale de colorants est estimée à 800
millions tonnes/an[7].
II.6.3Classification chimique
Le classement des colorants selon leur structure chimique repose sur la nature du groupement
chromophore.
les colorants azoïques
Figure II.2 :Structure d’un colorant azoïque[11]
Les colorants azoïques sont caractérisés par la présence au sein de la molécule d'un groupement
azoïque (-N=N-) reliant deux noyaux benzéniques. Cette catégorie de colorant est actuellement la plus
répandue sur le plan de l’application, puisqu’ils représentent plus de 50% de la production mondiale de
matières colorantes.Les colorants azoïques se répartissent en plusieurs catégories: les colorants
basiques, acides, directs et réactifs solubles dans l’eau, et les azoïques dispersés et à mordant non-
ioniques insolubles dans l’eau.Il est estimé que 10-15% des quantités initiales sont perdues durant les
procédures de teinture et sont évacués sans traitement préalable dans leseffluents.Or ces composés
organiques cancérigènes sont réfractaires aux procédés de traitements habituellement mis en œuvre et
sont très résistants à la biodégradation[13].
les colorants anthraquinoniques
Les colorants anthraquinoniques sont d’un point de vue commercial. Les plus importants après
les colorants azoïques. Leur formule générale dérivée de l’anthracène. Montre que le chromophore est
un noyau quinonique sur lequel peuvent s’attacher des groupes hydroxyles ou amino. Ces produits sont
utilisés pour la coloration des fibres polyester, acétate et triacétate de cellulose. La structure de
l’alizarine marqua le début de la chimie anthraquinonique.Aujourd’hui, la production comprend un
vaste assortiment de colorants aux couleurs résistantes. Les acides anthraquinoniques sont les
matièrespremières les plus importantes pour la synthèse de ces colorants.Les colorants
anthraquinoniques ou la famille des dérivés de la garance représente 23% des colorants de synthèse. La
racine broyée de la garance servit de teinture rouge depuis l’antiquité égyptienne jusqu'à la première
guerre mondiale. L’alizarine de synthèse obtenue dès la fin du XIXèmesiècle est chimiquement
identique à la matière colorante tirée de la garance. Les anthraquinones sont constituées de 2 noyaux
benzéniques entourant un noyau porteur de 2 fonctions cétones. L’anthraquinone est de couleur jaune
pâle, c’est l’introduction de substituant qui permet l’obtention d’orangés, rouge, bruns, verts et
bleus[11].
Ils sont
synthétisés par substitution d’atomes d’hydrogènes par des groupements hydroxyles(-OH) et amino (-
NH2). On obtient des composés de toutes les teintes. Exemple : le rouge alizarine (dont la structure a
été déterminée par C. Graebe et G. Lierbermann en 1869) s’obtient par sibtitution de 2 hydrogénes par
2 groupements OH :
Figure II.3 :
Structure d’un colorant anthraquinoniques[11]
Les colorants triphénylméthanes
Les colorants triphénylméthanes dérivent du triphénylméthane, qui est un hydrocarbure
possédant trois cycles phényle liés à un carbone central. On retrouve cette structure de base dans un
grand nombre de composés organiques colorés. Les colorants triphénylméthanes et leurs dérivés
hétérocycliques constituent la plus ancienne classe de colorants synthétiques. Actuellement bien moins
importants que les colorants azoïques et anthraquinoniques, ils ont conservé une certaine valeur
commerciale, car ils permettent de couvrir la totalité de la gamme de nuances. Les triphénylméthanes
sont utilisés intensivement dans les industries papetières et textiles pour teindre le nylon, la laine, la
soie et le coton. Leur utilisation ne se limite pas à l’industrie. On les retrouve également dans le
domaine médical comme marqueur biologique et comme agent antifongique chez les poissons et la
volaille.[10]
Figure II.4 :Structure d’un colorant triphénylméthane[11]
Les colorants indigoïdes
Les colorants indigoïdes tirent leur appellation de l’indigo dont ils dérivent. Ainsi, les
homologues séléniés, soufrés et oxygénés du bleu indigo provoquent d’importants effets hypochromes
avec des coloris pouvant aller de l’orange au turquoise. Les colorants indigoïdes sont utilisés comme
colorant en textile, comme additifs en produits pharmaceutiques, la confiserie, ainsi que dans des
diagnostiques médicales [7].
Figure II.5 :Structure d’un colorantindigoïdes[11]
II.6.4Classification tinctoriale
Si la classification chimique présente un intérêt pour le fabricant de matières colorantes, le
teinturier préfère le classement par domaines d’application. Ainsi, il est renseigné sur la solubilité du
colorant dans le bain de teinture, son affinité pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation.
Celle-ci est de force variable selon que la liaison colorant/substrat est du type ionique, hydrogène, de
Van der Waals ou covalente. On distingue différentes catégories tinctoriales définies cette fois par les
auxochrome[11].
Les colorants réactifs
Contiennent des groupes chromophores issus essentiellement des familles azoïques,
anthraquinoniques et phtalocyanine. Leur appellation est liée à la présence d’une fonction chimique
réactive, de type triazinique ou vinylssulfone assurant la formation d’une liaison covalente forte avec
les fibres. Solubles dans l’eau, ils entrent de plus en plus fréquemment dans la teinture du coton et
éventuellement dans celle de la laine et des polymides[12].
Les colorants de cuve
Les colorants de cuve sont des colorants insolubles dans l’eau. Cependant, sous l’action d’un
réducteur, le dithionite de sodium (Na2S2O8), un colorant de cuve donne sonleuco-dérivé c’est-à-dire le
produit de réduction incolore ou blanc et soluble dans l’eau.
Le leuco-dérivé présente une affinité pour certaines fibres textiles telles que le coton, le lin, la
laine et la soie. Par oxydation à l’air ou à l’aide d’un agent oxydant, le colorant initial insoluble dans
l’eau est régénéré au sein de la fibre.Les colorants de cuve appartiennent à la classe chimique des
anthraquinones et à celle des indigoïdes, leurs qualités de résistance notamment en font un des groupes
les plus importants des colorants synthétiques. Quelques colorants de cuve ont trouvé une place parmi
les pigments de l’industrie des vernis, en raison de leur grande stabilité à la lumière [5].
Les colorants dispersés
Les colorants dispersés sont très peu solubles dans l’eau et sont appliqués sous forme d’une fine
poudre dispersée dans le bain de teinture. Ils sont en mesure, lors d’une teinture à haute température,
de diffuser dans les fibres synthétiques puis de s’y fixer[11].
Les colorants directs
Les colorants directs contiennent ou sont capables de former des charges positives ou négatives
électro statiquement attirées par les charges des fibres (figure 2). Ils se distinguent par leur affinité
pour les fibres sans application de mordant, liée à la structure plane de leur molécule [8].
Figure II.6 :Comportement du colorant direct en présence des fibres[11]
Les colorants à mordants
Les colorants à mordants généralement un ligand fonctionnel capable de réagir fortement avec
un sel d’aluminium, de chrome, de cobalt, de cuivre, de nickel ou de fer pour donner différents
complexes colorés avec le textile.[10]
Les colorants au soufre
Beaucoup de colorants contiennent du soufre dans leur molécule. Ils seront appelés colorants au
soufre ; ils sont insoluble dans l’eau. Leur application en teinture passe par une réduction alcaline pour
aboutir à in composé soluble, appelé leuco dérivé, qui de surcroit présente de l’affinité pour les fibres.
Le colorant est ensuite ré oxydé en sa forme insoluble, qui reste emprisonnée dans la fibre. Employés
pour la teinture du coton et des fibres cellulosiques, leurs procédés de fabrication étant peu couteux, ils
sont principalement utilisés pour réaliser des coloris foncés dans les tons noirs, bleus, bruns et vert.
Les colorants au soufre sont des composés à PM élevé dans lequel la nature des cycles et leur mode
d’enchainement ne sont pas établis avec certitude. Les colorants au soufre représentent 1% de la
production globale des colorants[11].
II.7 Toxicité des colorants
La toxicité des colorants vient de l’ignorance des chercheurs ou des utilisateurs de leurs
structures chimiques qui différent d’un type à un autre. Ainsi que du mode de l’emploi lors de
l’utilisation.Beaucoup d’études ont montré les effets toxiques et/ou carcinogéniques des colorants
azoïques, ce qui signifie que les effluents contenant ces colorants doivent être traités avant d’être
rejetés en milieu naturel. Leur toxicité est en fait due à la teneur en groupements cancérigènes tels que
les groupements aromatiques, phtalogènes, cyanurés, sel de barium et de plomb. Ces groupements
cancérigènes (sous forme électrophile ou radicalaire) attaquent les bases pyrimidiques de l’ADN et de
l’ARN et causent par conséquent, une altération du code génétique avec mutation et risque de cancer
!Miller s’est intéressé particulièrement à la toxicité des colorants azoïques, lesquels sont caractérisés
par la présence de groupe azo(N=N-). La rupture des liaisons azoïques de ces dernières entraîne la
formation d’amines primaires qui causent la méthémoglobinémie, caractérisée par un empêchement du
transport d’oxygène dans le sang.L’allergie respiratoire aux colorants réactifs a été rapportée pour la
première fois en 1978 parAlankochez des sujets employés à la pesée et au mélange de ces colorants en
poudre depuis deux ans et présentant un asthme et / ou rhinite d’origine professionnelle.[10]
II.8 Méthodesde traitement
II.8.1 Méthodes biologiques de traitement
Par épuration biologique des eaux, on entend la décomposition des polluants organiques dans
l’eau par les microorganismes. Les procédés biologiques se partagent en deux catégories: les
traitements aérobies en présence d'oxygène et anaérobies sans oxygène.
II.8.1.1Traitement aérobie
Les polluants sont décomposés dans une unité biologique constituée d’un bassin de boue activée
par des bactéries aérobies et autres microorganismes en une boue qui sédimente.
Dans le cas idéal, les polluants organiques sont oxydés jusqu’au dioxyde de carbone. Après épuration
la boue est séparée des eaux usées par sédimentation dans un décanteur ; une partie est recyclée et le
surplus est évacué après pressage ou centrifugation.[13]
II.8.1.2 Traitement anaérobie
À l'inverse de la biodégradation aérobie, la digestion anaérobie des composés organiques s'effectue en
l'absence d'oxygène et forme du dioxyde de carbone, du méthane et de l'eau. C'est un procédé efficace
pour le traitement de déchets très chargés en matières organiques et le méthane formé peut être utilisé
comme énergie de chauffage. Les conditions de réduction dans la digestion anaérobie sont adaptées à
la décoloration des colorants azoïques par clivage de la liaison azo entraînant une destruction
subséquente du groupe chromophore, mais une minéralisation complète est impossible dans ce type de
procédé La dégradation des molécules initiales entraîne souvent la formation d'amines plus toxiques
que la molécule initiale, qui finissent dans les sédiments aquifères peu profonds et les eaux
souterraines.
Les méthodes de bio-traitement conventionnelles sont sans effet sur la plupart des colorants
synthétiques à cause de leur structure poly aromatique complexe et leur nature réfractaire. Venceslauet
al. (1994) ont estimé à seulement 10-20 % la réduction de la coloration par les procédés
biologiques[5].
II.8.2Méthodes physiques
II.8.2.1 Adsorption sur charbon actif et autres matériaux
L’adsorption est un procédé d’élimination des polluants organiques ou minéraux présents dans
des effluents aussi bien liquides que gazeux. Plusieurs modèles théoriques ont été élaborés pour décrire
les mécanismes de ces phénomènes. Nous y reviendrons par la suite.
Par ce procédé, le polluant est transféré de la phase fluide vers la surface du solide.Même avec le
charbon actif considéré comme l’adsorbant le plus efficace, ce mode de traitement reste très limité
pour l’élimination de tous les colorants. Seuls les cationiques, colorant à mordant, dispersés ou dits de
cuve et réactifs sont éliminés par cette technique.[9]
II.8.2.2 Filtration sur membrane
Dans ce procédé, les polluants sont retenus par une membrane semi perméable dont le diamètre
des pores est inférieur à celui des molécules à éliminer. Cette technique est largement utilisée dans le
dessalement de l’eau de mer. Selon la qualité de l’eau désirée, on distingue la microfiltration,
l’ultrafiltration ou la nano filtration ou encore l’osmose inverse.La nanofiltration s’applique surtout au
traitement des bains de teinture de colorants réactifs en agissant comme un filtre moléculaire tandis
que la microfiltration retient les matériaux colloïdaux tels que les colorants dispersés ou de cuve grâce
à une «membrane écran».L’ultrafiltration ne s’applique qu’à la réduction de DCO et des solides en
suspension et ne se montre réellement efficace qu’en combinaison avec la
coagulation/floculation.Actuellement, des recherches sont menées dont le but de mettre en œuvre des
membranes nouvelles à prix abordable. En effet, ces procédés restent très limités dans leurs
applications car ils nécessitent des investissements importants à cause en grande partie du prix des
matériaux utilisés.
II.8.3 Méthode physico-chimique: coagulation – floculation
Sous le terme de coagulation floculation, on entend tous les processusPhysicochimiques par
lesquels des particules colloïdales ou des solides en fine suspension sont transformés par des floculant
chimiques en espèces plus visibles et séparables (les flocs). Les flocs formés sont ensuite séparés par
décantation et filtration puis évacués. Les coagulants inorganiques tels que l’alun donnent les résultats
les plus satisfaisants pour la décoloration des effluents textiles contenant des colorants dispersés, de
cuve et soufrés, mais sont totalement inefficaces pour les colorants réactifs, azoïques, acides et
basiques. Par ailleurs, la coagulation floculation ne peut être utilisée pour les colorants fortement
solubles dans l’eau.D’importantes quantités de boue sont formées avec ce procédé: leur régénération
ou réutilisation reste la seule issue mais demande des investissements supplémentaires[7].
II.8.4Méthodes chimiques de traitement des textiles
Dans la littérature, les techniques d'oxydation chimique sont généralement appliquées pour le
traitement des composés organiques dangereux présents en faibles concentrations, en prétraitement
avant des procédés biologiques, le traitement d'eaux usées chargées de constituants résistant aux
méthodes de biodégradation et en post-traitement pour réduire la toxicité aquatique.Les deux réactifs
les plus souvent énumérés pour ce type de traitement sont H2O2 et leChlore. Le peroxyde d'hydrogène
est un oxydant fort et son application pour le traitement des polluants organiques et inorganiques sont
bien établis. Mais l'oxydation seule par H2O2 n'est pas suffisamment efficace pour de fortes
concentrations en colorantont proposé de traiter les colorants azoïques par l’hypochlorite de sodium
mais, même si la molécule initiale est détruite, les halogènes sont susceptibles de former des
trihalométhanes cancérigènes pour l’homme avec les sous-produits de dégradation[5].
II.9 Nécessité de traiter les effluents textiles
II.9.1 Le danger des rejets textiles
II.9.1.1 Les dangers évidents
Eutrophisation:Sous l’action des microorganismes, les colorants libèrent des nitrateset des phosphates
dans le milieu naturel. Ces ions minéraux introduits en quantité tropimportante peuvent devenir
toxiques pour la vie piscicole et altérer la production d’eau potable.
Leur consommation par les plantes aquatiques accélère leur prolifération anarchique et conduità
l’appauvrissement en oxygène par inhibition de la photosynthèse dans les strates les plusprofondes des
cours d’eau et des eaux stagnantes.
Sous-oxygénation:Lorsque des charges importantes de matière organique sontapportées au milieu via
des rejets ponctuels, les processus naturels de régulation ne peuventplus compenser la consommation
bactérienne d’oxygène. Manahan estime que ladégradation de 7 à 8 mg de matière organique par des
micro-organismes suffit pour consommerl’oxygène contenu dans un litre d’eau.
Couleur, turbidité, odeur: L’accumulation des matières organiques dans les coursd’eau induit
l’apparition de mauvais goûts, prolifération bactérienne, odeurs pestilentielles etcolorations anormales.
Willmott et al. Ont évalué qu’une coloration pouvait être perçue parl’œil humain à partir de 5 10-6g/L.
En dehors de l’aspect inesthétique, les agents colorants ontla capacité d’interférer avec la transmission
de la lumière dans l’eau, bloquant ainsi laphotosynthèse des plantes aquatiques.
II.9.1.2 Les dangers à long terme
La persistance:Les colorants organiques synthétiques sont des composés impossibles àépurer par
dégradations biologiques naturelles. Cette persistance est en étroite relation avecleur réactivité
chimique:
_ Les composés insaturés sont moins persistants que les saturés,
_ Les alcanes sont moins persistants que les aromatiques,
_ La persistance des aromatiques augmente avec le nombre de substituant,
_ Les substituant halogènes augmentent plus la persistance des colorants que lesgroupements alkyles.
Bioaccumulation: Si un organisme ne dispose pas de mécanismes spécifiques, soit pourempêcher la
résorption d’une substance, soit pour l’éliminer une fois qu’elle est absorbée, cette substance
s’accumule. Les espèces qui se trouvent à l’extrémité supérieure de la chaîne alimentaire, y compris
l’homme, se retrouvent exposées à des teneurs en substances toxiques pouvant être jusqu’à mille fois
plus élevées que les concentrations initiales dans l’eau.
Cancer :Si la plupart des colorants ne sont pas toxiques directement, une portion significative de leurs
métabolites l’est. Leurs effets mutagènes, tératogène ou cancérigène apparaissent après dégradation de
la molécule initiale en sous-produits d’oxydation : amine cancérigène pour les azoïques, leuco-dérivé
pour les triphénylméthanes.
Sous-produits de chloration (SPC):Le chlore utilisé pour éliminer les microorganismes pathogènes
réagit avec la matière organique pour former des trihalométhanes(THM) pouvant atteindre plusieurs
centaines de mg/L. Les SPC sont responsables de développement de cancer du foie, des poumons, des
reins et de la peau chez l’homme[7].
III.1Introduction:
Leterme adsorption aétéproposé pour lapremière foispar Kayseren1881pour
différencierentreunecondensation degazàlasurfaceetuneadsorptiondegaz,processus
danslequellesmoléculesdegazpénètrentdanslamasse.Enfin,letermedésorptiona été proposéen
1909parM.C.Bain.Ildésigneaussibienlephénomèned’adsorptionqueceluide désorption[4].
III.2Définition:
L’adsorption à l’interface soluté/solide est un phénomène de nature physique ou chimique par
lequel des molécules présentes dans effluent liquide ou gazeux, se fixent à la surface d’un solide. Ce
phénomène dépend à la fois de cette interface et des propriétés physico-chimiques de l’adsorbat. Ce
phénomène spontané provient de l’existence à la surface du solide de forces non composées, qui sont
de nature physique ou chimique. Ces forces conduisent respectivement à deux types d’adsorption : la
chimisorption et la physisorption[14].
-La chimisorption :où les énergies d’interaction sont élevées (de 40 kJ à 400 kJ) et s’accompagnent
de la formation d’une liaison.
-La physisorption :où l’énergie d’interaction mise en jeu est faible (jusqu’à » 50 kJ). Il n’y a pas de
formation de liaisons. Elle résulte de la présence de forces intermoléculaires d’attraction et de
répulsion qui agissent entre deux particules voisines [15].
III.3Cinétiquedel’adsorption :
La cinétiqueproprementditen’estpasencoredécritedefaçonsatisfaisantepardes
équations.Elleestgouvernéepardeuxétapes:
-
Transportdelamoléculeverslaparticule,Paragitation,s’ils’agitdecharbonenpoudre.Parturbulence,s’ils’agi
tdecharbonactifgranulaire.
-Migrationjusqu’ausited’adsorptionpardiffusionintra granulaire.
Lasecondeétapeestévidementlaplus lente,etnepeutpasêtreartificiellement
accélérée.Deuxmodèlesontétéformulésdefaçonapprofondie:
-Leporediffusionmodel(PDM)deWEBER;
-Lehomogeneoussurfacediffusion(HSDM)deSONTHEIMER.
Dans le PDM, la molécule est supposée migrer par diffusion dans le liquide, et
pénétrerdanslesporesselonl’axedeceux-ci.Encoursderouteelles’équilibrelocalementle
longdelaparoidupore,paradsorption.Et DansleHSDM,lamolécules’adsorbedés
l’entréedupore,àl’extérieurdu grain,seul endroit où soit supposé régner un équilibre d’adsorption.
Ensuite, la molécule adsorbée "rampe"lelong delasurfacedupore,selonuneloidediffusion.On
rencontredonc successivementdeuxrésistances:lapremièreestuncoefficientdetransfertdemassedansle
filmliquide,etlasecondeuncoefficientdediffusionsuperficielle.[5]
III.4Facteursinfluençantl’équilibred’adsorption:
L’équilibre d’adsorption entre un adsorbant et un adsorbat, dépend de nombreux
facteursdontlesprincipauxsontdécritci-après:
1-Surfacespécifique:
L’adsorptionluiestproportionnelle. Ladépendancedelacinétiqued’adsorptionà ladimension
delasurface externedesparticules estfondamentale pour l’utilisation d’un
charbonactif.Cettesurfacespécifiqueexternenereprésentepourtantqu’uneportionminime dela
surfacetotaledisponibleàl’adsorption.Cettesurfacetotale peutêtreaugmentéeparun
broyagedelamassesolidequimultiplieencoresaporositétotale.[4]
2-Porosité:
La distributionporeuseouporositéestliéeàlarépartitiondelataille despores.Elle
reflètelastructureinternedesadsorbantsmicroporeux.[12]
3-Naturedel’adsorbat:
D’après larègledeLUNDENIUS:"moins unesubstanceestsolubledanslesolvant, mieux
elleestadsorbée". D’après larègle deTRAUBE,l’adsorption àpartir dessolutions
aqueuses,croitlorsqu’onparcourtuneséried’homologues. [5]
4-Polarité:
Unsoluté polaire aura plusd’affinité pour un solvant oupour l’adsorbant leplus
polaire.L’adsorptionpréférentielledescomposésorganiquesà solubilitélimitéeen solutionaqueuses
(hydrocarbures, dérivés chlorés, phénol et autres dérivés benzéniques) est importanteavecles
adsorbantshydrophobes(charbonsactifs,polymèresporeux).Elleestpar contreinsignifiante
aveclesadsorbantspolairestrèshydrophiles (geldesilice,alumine…).[9]
5-pH:
LepHaparfoisuneffetnonnégligeablesurlescaractéristiquesdel’adsorption.Dans la
plupartdescas,lesmeilleursrésultatssontacquisauxpHlesplusfaibles.Cettepropriété
s’appliqueparticulièrementàl’adsorptiondesubstancesacides.
m:massed’adsorbant(g);[16]
6-Température:
L’adsorption estun phénomène exothermique. En pratique, il n’y a pas de
modificationsignificativedansl’intervalle5-20C°[7].
III.5Adsorptionensystèmebatch:
L’adsorptioncommetout processusdetransfertestrégieparunmécanismed’échange
entrelesphasesmisesenprésence. Le mécanismed’adsorptiondépenddescaractéristiques physico-
chimiques du système et des conditions opératoires du procédé. Ilfaitappel au
potentieldesforcesmotrices,augradientdeconcentrationetàla forcedediffusiondansles pores.[10]
III.6 Les modèles d’adsorption :
Plusieurs auteurs ont proposés des modèles, théoriques ou empiriques, pour décrire la relation
entre la masse d’adsorbât fixée à l’équilibre (Qe) et la concentration sous laquelle elle a lieu (Ce). Il
s’agit de relations non cinétiques Qe= f (Ce), que l’on nomme isothermes.Soit :
X : masse adsorbée à l’équilibre (mg) ;
m: masse d’adsorbant (g) ;
Qe=x/mquantité de soluté adsorbée par unité de masse d’adsorbant à l’équilibre (mg/g oummol/g) ;
Ce : concentration d’adsorbat dans la phase liquide à l’équilibre (mg/L ou mmol/L).
En général, la concentration de l’adsorbât retenue par l’adsorbant est calculée par ladifférence
entre la concentration initiale du soluté Co et la concentration finale du solutéC. La quantité du soluté
adsorbée à l’équilibre Qe est donnée par l’équation suivante :
Qe = V/ m (Co-Ce)(1)
Avec :
V : volume de la solution (L) ;
m: Masse d’adsorbant (g) ;
Co : concentration initiale de l’adsorbat;
Ce : concentration à l’équilibre de l’adsorbat.[9]
III.6.2 Classification des isothermes d’adsorption : [15]
Gillesetcoll.(1974)ontproposéles modèlesd’adsorption,dontlesquelsquatretypes
particulierssontmaintenantemployéscommeles quatreformesprincipalesd’isothermes
généralementobservées, cesclassessontreprésentéessurlafigure III.1.Le type d’isotherme obtenu
permet déjà de tirer des conclusions qualitatives sur les
interactions,entrel’adsorbatetl’adsorbant,dontlesplusimportantessontlessuivantes:
-laformedel’isotherme;
-l’existencedepalierssurlesisothermes;
-le typed’adsorption(monoouplolymoléculaire);
-l’orientationdesmoléculesadsorbées.
a)Les isothermes de types C :
Lescourbessontsousformesdelignedroiteaveclezérocommeorigine.Ellesignifie
quelerapportentrelaconcentration résiduelleetadsorbéeestlemêmeàn’importequelle
concentration.Cerapportestappelécoefficientde distributionKd(L.kg-
1).Ellesconcernentlesmoléculesflexiblespouvantpénétrerloindanslesporespourydéplacer le solvant.
b) Les isothermes de types L :
Langmuirnormal,indiquel’adsorptionàplatdemoléculesbifonctionnelles. Lerapportentrela
concentrationrésiduelleensolutionet adsorbéediminuelorsquela
concentrationdusolutéaugmente,décrivantainsiunecourbeconcave,cettecourbesuggère
unesaturationprogressivede l’adsorbant.
c)Les isothermes de types H :
C’estuncasparticulierdel’isothermedetypeL,oùlapenteinitialeesttrèshaute.Ce
casestdistinguédesautresparcequelesolutémontreparfoisuneaffinitésiélevéepourle
solidequelapenteinitialenepeutpasêtredistinguéede l’infini,mêmesicelan’apasdesens
dupointdevuethermodynamique.
d) LesisothermesdetypeS :
La courbeestsigmoïdaleetelleprésenteun pointd’inflexion.Cetyped’isothermeest toujoursle
résultatd’aumoinsdedeuxmécanismesopposés.Lescomposésorganiquesnon polaires
sontuncastypique;ilsontunebasseaffinitéaveclesargiles, maisdésqu’une
surfaced’argileestcouverteparcescomposésd’autresmoléculesorganiques sontadsorbées
plusfacilementcephénomèneestappelél’adsorptioncoopérative .
FigureIII.1 :Classesdesisothermesd’aprèsGilles et coll.[15]
S : Sigmoïde ; L : Langmuir ; H : Haute affinité ; C : partition Constante
III.6.3 Modèles principaux d'isothermes
Plusieurs lois ont été proposées pour l'étude de l'adsorption. Elles expriment la relation entre la
quantité adsorbée et la concentration en soluté dans un solvant à une température donnée. Nous
rappellerons ci-dessous les principales lois utilisées.[10]
Modélisation des isothermes concaves :
III.6.3.1 Les modèles de Freundlich :
III.6.3.1.1 Le modèle simple de Freundlich :
Les isothermes du type "L" ou type "H" sont les plus largement
rencontrées.D’aprèsVanBemmelen(1888) etFreundlich(1909)lepremiersmodèleestempiriqueet est
basésurlarelation,entrelaquantitéadsorbéeQe etlaconcentrationrésiduelledusolutéCe
d’aprèslarelationsuivante:
Qe = K.Cn
e (2)
OùK(L.Kg-1)etn(sansdimension)étantdeuxconstantes(n<1).
Kestunparamètreliéessentiellement àlacapacitémaximaleetnestunparamètreliéaux
coefficientsdevariationdesénergiesd’interactionavecletauxderecouvrement.
Lalinéarisationetlareprésentationgraphiquedel’équation(2)en ln Qeenfonction de
lnCepermettentdedéterminerKetn.[14]
Ln Qe= lnK + n ln C(3)
III.6.3.1.2 LemodèlemodifiédeFreundlichpourl’adsorptioncompétitive:
Ilestconnuquel’adsorptionsoitsujetteàunecompétitionentreplusieurs espèces. Afindetenir
comptedu phénomène decompétitivité, denombreux modèles modifiés de Freundlich ont été établis,
souvent empiriques, sans aucune base physique, par exemple plusieurs isothermes modifiées
deFreundlich (Fritz &schundler, 1981;Sheindorf
etal.,1981)généralisentl’équationdeFreundlichpourmespècescompétitivesd’aprèsl’équationSuivante:
Oùai,jestle
coefficientdecompétitiondel’espèceienprésencedel’espècej.Fietnisontlescoefficientsde
l’isothermedeFreundlichdel’espècei.
Cetteformuleaétéappliquéeavecsuccèsàl’adsorptiondescations,àl’adsorption lesanions
danslessols,ainsiquepourl’adsorptiondescomposésorganiquessurcharbonactif.[12]
III.6.3.2 Les modèles de Langmuir :
III.6.3.2.1 le modèle simple de Langmuir :
Al’équilibre,onretrouveuneéquation(Langmuir,1915),telle:
OùQeestlaquantitéadsorbéedusolutéàl’équilibre(mg/goummol/g);EtCeestlaconcentrationdusolutéà
l’équilibre(mg/Loummol/L).LesparamètresQm(mg/goummol/g)etb(L.mg-1ouL.mmol-
1)représententrespectivementlacapacitémaximaled’adsorptionetlerapportdesconstantesdevitessesd’ads
orptionetde désorption.
-Cemodèleneprendencomptenilesempilementsmoléculairesnilesmodifications
d’énergiesd’interactionavecletauxderecouvrement.
Lalinéarisationetlareprésentationgraphiquedel’équation(5)en1/Qe
enfonctionde1/Ce(Forme1)ouenCe/QeenfonctiondeCe(forme2)permettentdedéterminerQmetb.[16]
III.6.3.2.2LemodèlemodifiédeLangmuirpourl’adsorptioncompétitive:
Bien que l’isotherme de Langmuir soit employée couramment, salinéarisation ne
donnepastoujoursdebonsrésultats.Plusieursexplicationsontétésuggérées.Lapremièreexplicationestl’exi
stencedeplusieurstypesdesitesd’adsorption.Dans
cecasilestpossibledegénéraliserl’isothermedeLangmuirpourpcouples(bi,Qm,i)chacun
d’euxcorrespondàunsited’adsorptiond’aprèsl’équationsuivante:
Maisplusieursauteursontdémontréqu’unajustementparfaitdecemodèle,nepeutdémontrer
àprioril’existencedeplusieurstypesdesites.
-La deuxième explication des mauvais résultats obtenus de la linéarisation de la
fonctionQ/CenfonctiondeQestladiminution del’énergied’adsorptionàmesurequela
fractiondessitesoccupésaugmente.Danscecasl’indépendanceentredeuxsitesn’estplusvalide.
-Latroisièmeexplicationestlacompétitivité
entredeuxespèces.Lamodificationdel’isothermedeLangmuirdonnel’équation(7) :
CetteéquationaétégénéraliséeparMuralietAylmore(1983)pourunecompétitionentreqespèces.
Seloncetteformule,lacapacitédesaturationQm estindépendante delacompétitivité (les
différentesespècessontadsorbéesparlesmêmessitesd’adsorption)et l’isothermesimplede
Langmuirpeutêtreutiliséepourl’obtenir.Parcontrelaconstanted’affinitébiestdépendante
decompétitivitédesespèces.[7]
III.6.3.3 Isotherme linéaire (de NERNST):
Dans le cas d’un équilibre existant entre la concentration d’un soluté dans l’eau et la
concentration en soluté sorbé sur les particules Solides l’isotherme d’adsorption de la concentration de
soluté fixé sur les particules (adsQ) est une fonction linéaire de la concentration en soluté présent dans
l’eau (e C). C et isotherme est décrit par la relation suivante :
ads Q = K. e C
K présente le coefficient de partage entre la concentration adsorbée sur les particules et celle restée en
solutionCette équation est applicable dans le cas des solutions ou les composés chimiques concernés
sont présents à une concentration inférieure à la moitie de leur potentiel de solubilité [5].
IV.1 Matériel
IV.1.1Préparation des adsorbants
Pour la préparation des adsorbants nous avons retenu un traitement physicochimique, sur la
base des données bibliographiques.
Les coquettes de cacahouètes et les bâtonnés de palmiers sont des substances naturelles utilisé dans
cette étude comme étant la matière première des adsorbants, qui ont été prélevées au niveau de la
wilaya d’Oran.
Les coquettesde cacahouètes et les bâtonnés de palmier sont lavés plusieurs fois à l’eau courante afin
d’éliminer les poussières et les impuretés adhérentes, ainsi que les substances hydrosolubles jusqu’à
obtention d’une eau de lavage claire, puis rincés à l’eau distillée.
Ils sont ensuite mis en contact de l’hexane pendant 48 heures, pour éliminer les huiles
résiduelles, et enfin lavées avec de l’eau distillée plusieurs fois et séchésà l’étuve à 105°C, broyés et
tamisés à l’aide de tamis normalisés, le diamètre des particules choisi est compris entre 400-250um.
Une fois les substances naturelles sont séchées,on prépare les différents échantillons à base de
ces deux matériaux, avant leurs activations chimiques.
Les substances naturelles sont imprégnés dans une solution aqueuse d’acide phosphorique (3N) 100 ml
et 1g d’adsorbant, la température de la solution est maintenue à 100C° avec un reflux total des vapeurs
et cela pendant trois heures. Le solide imprégné est séparé par filtration simple de la solution. Après
refroidissement, le matériau récupéré est lavé plusieurs fois avec de l’eau distillée pour éliminer les
phosphates résiduels jusqu’à stabilisation du pH de la solution d’épuisement à une valeur neutre.
L’étape finale consiste à sécher le matériau récupéré à 105C° jusqu’à poids constant,Lesadsorbants
préparés ont été stocké dans un dessiccateur en vue de son utilisation.[15]
Figure IV.1 :Dispositif d’activation chimique.[4]
Le traitement physico-chimique ci-dessus est représenté sur la figure IV.2 :
Coquilles de cacahouètes et
bâtonnets de palmier
Figure IV.2 :Protocole opératoire de préparation du charbon actif à partir des coquilles de
cacahouètes et bâtonnets de palmier.
IV.1.2 Colorant (adsorbat)
La classification des colorants repose sur des données chimiques ou technologiques.
La classification chimique se base sur la structure des molécules, en particulier sur la nature des
groupes actifs qu’elle comporte. En teinture, ce sont les facteurs intervenants au cours du traitement
qui conditionnent le choix des colorants et leur mode de classification, ainsi les colorants dispersifs,
selon la classification technologique, conviennent pour les fibres peu polaires, c'est-à-dire des fibres
dont les groupes fonctionnels ne sont pas hydrolysables. Ils sont caractérisés par une cinétique lente du
processus de teinture ce qui oblige à opérer à haute température et même sous pression. Le colorant
testéappartient à cette grande famille citée. C’est l’orange II. [17]
Les propriétés chimiques et physiques de l’Orange II sont présentées dans le tableau suivant :
Tableau IV.1 :Propriétés chimiques et physiques de l’Orange II.[17]
Structuremoléculaire
Coquilles de cacahouètes et
bâtonnets de palmier
propres
Coquilles de cacahouètes et
bâtonnets de palmier
épuisés secs
Substances naturelles
broyées
Matériau imprégné et activé
chiquement
Lavage avec de l’eau
Déshuilage avec de
l’hexane, lavage et
séchage à 105°C
Broyage (400-250 um)
Imprégnation avec H3PO4
(3N) pendant 3H.
Matériau activé chimiquement
sec (PH neutre)
Plusieurs lavages avec de
l’eau distillée et séchage.
Formule moléculaire C 16 H 11 N 2 NaO 4 S
Poids Moléculaire(g/mole) 350.32
Point de fusion °C 164
solubilité dans l'eau(g/l) 116
Synonymes Orange Acide 7 ; 4-(2-hydroxy-1-naphthylazo)
benzène sulfonique sel de sodium acide;
Sodium4-[(2-hydroxy-1-naphtyl)azo
benzènesulfonate]
IV.2 Méthodologie expérimentale :
IV.2.1 Préparation des solutions :
La solution mère en Orange II (1000 ppm) a été préparée par dissolution de 1g dans 1L d’eau
distillée. Les solutions filles devant servir à l’analyse, ont été obtenues par des dilutions successives
jusqu’aux concentrations désirées. Des courbes d’étalonnage du colorant ont été établies pour
déterminer les concentrations résiduelles pour les deux techniques expérimentales.
IV.2.2Caractérisation des adsorbants
IV.2.2.1Analyse structurale par spectroscopie I R T F :
La spectroscopie IR est l’une des méthodes spéctrales. Elle permet l’identification des
groupements fonctionnels. Les analyses de spectroscopie I.R ont été effectuées au niveau de
laboratoire de la faculté des sciences de l’université de sénia ( FAC), à l’aide d’un spectométre à
transformée de fourrier de type ‘’Nicolet 560 FTIR’’ couplé à un calculateur digital permettent le tracé
des spectre entre ( 4000 et 400 cm-1).
IV.2.2.2 Analyse par microscope éléctronique à balayage (MEB) :
le microscope éléctronique à balayage occupe une possition privilégiée dans la caractérisation
microstructurale des matériaux. Le principe de fonctionnement repose sur le fait, que sous le faisceau
d’éléctrons incidents, l’échantillon émet divers signaux éléctroniques et éléctromagnétiques suite à
l’interaction électo-matiére.
la microstructure des mélanges a ètè caractérisée par observation au microscope électronique à
balayage JEOL 840 L.G.S. (LAP de l’usto).
La préparation des échantillons a été rééalisée par séchage (chauffage à 80°C) des matériaux à
étudier, puis métallisation dans pulvérisateur cathodique BLAZERS SCD 040.
IV.3 Principe de la spectroscopie UV-visible
Il s’agit d’une méthode optique d’analyse qui utilise la variation de l’intensité d’un faisceau lumineux
de longueur d’onde déterminée. Lorsque celui-ci traverse la solution, une partie de son rayonnement
est absorbée par les molécules présentes dans la solution, l’autre partie est transmise. La loi qui permet
de relier l’intensité d’absorption à la concentration est celle de Beer-Lambert
(1)
I0 : intensité du faisceau incident.
I : intensité du faisceau émergent.
C : concentration de la solution à analyser.
ε : coefficient d’absorption molaire (sa valeur dépend de la longueur d’onde).
l : épaisseur de la cuve.
On appelle absorbance ou densité optique, l’expression log ainsi l’équation (1) devient comme suit :
A = ε.l.C(2)
L’absorbance varie avec la longueur d’onde de la lumière : elle passe par un maximum qui correspond
à une longueur d’onde pour laquelle la sensibilité est maximale et les fluctuations minimales.
L’absorbance (grandeur la plus utilisée) est proportionnelle à la concentration pour une épaisseur
donnée. La linéarité de la loi de Beer-Lambert n’existe que dans un certain domaine de concentration
appelé .domaine de validité de la méthode. Déterminé par étalonnage.[4]
V.1 Caractérisation des matériaux utilisés:
Dans ce chapitre, nous allons exposer seulement les caractérisationsdes matériaux utilisés
(coquettes de cacahouète et les bâtonnets des palmiers)avant et après activation chimique et discuter
les caractérisations obtenues après adsorption dans la partie de l’adsorption.
V.1.1 MEB :
Les figures V.1, V.2, V.3 et V.4 présentent les clichés des différents adsorbants avant et après
activation chimique.
Figure V .1 : Cliché MEB de CCA Figure V.2 : Cliché MEB de CC
Figure V.3 :Cliché MEB de BA Figure V.4 : Cliché MEB de B
Les images MEB des poudres montrent qui il y’a différence dans la monphologie.
Et la surface des adsorbants .
Par exemple : la surface des pores pour la CCA est 5 fois plus grandes par rapport a ceux de c
V.1.2 Spectroscopie infrarouge FTIR :
Les spectres d’analyse par IR obtenus des différents adsorbants montrent la présence de
différentes bandes de vibrations correspondant aux groupements hydroxyles C-N , C₌O, C-H , -
COOH ,N-H…. Les bandes caractéristiques les plus intenses sont présentées dans le tableau suivant :
Tableaux V.1 :Présentation des résultats de l’analyse structurale par spectroscopie infrarouge
Adsorbant
Bandes de vibration
(Cm1)
Attribution
CC
3333.67
2925.34
1627.83
1026.17
O-H lié /N-H
C-H alcane / O-H acide
C=O
C-O / C-N
CCA 3332.98
2886.35
1023.99
O-H lié / N-H
C-H alcane / C-H aldéhyde /OH acide
C-O / C-N
B
3333.17
2916.19
1606.97
1722.51
1238.91
O-H lié / N-H
C-H alcane / O-H acide
C=O
O-H / C-N/ N-H
C-O C=O/C-N/C-C/ phénol
B A 3323.16
2892.71
1028.53
1606.39
O-H lié / N-H
C-H alcane / O-H acide
C-O / C-N
C-O
Figure V.5 :Spectres infrarouges IR de la coquette de cacahouète avant et après l’activation chimique
(CC et CC A)
Figure V.6 : Spectres infrarouges IR des bâtonnets des palmiersavant et après l’activation chimique (B
et BA)
Les figures précédentes représentent les spectres infrarouges des matériaux utilisés avant et après
activation chimique.
Le spectre montre des bandes d’absorption caractéristiques des groupements fonctionnels
présentes dans les matériaux utilisés :
- à 3300-3600 cm-1
on peut observer des bandes de la vibration d’élongation (stretching) des liaisons
hydrogène O-H lié / N-H.
- à 2925.34,2886.35, 2916.19et 2892.71 cm-1
des bandes de vibrations caractéristiques de laliaison
C-H. Ces bandes de vibration sont très faibles pour ce type de matériau.
- la bande d’intensité importante observée vers 1026.17, 1023.99 et 1028.53 cm-1
sur les spectres
résultent principalement des vibrations d’élongation C-O alcool primaire / C-N
- la faible bande observée à 1627.83, 1606.97 et 1606.39 cm-1
correspond à une bande
harmoniquecorrespondant à l’élongation de la liaison C=O des acides carboxyliques, desaldéhydes
acycliques, des cétones et des quinones.
Nous constatons un changement dans la largeur et l’intensité des picscorrespondant à la coquette
de cacahouète brute et après activation chimique contrairement aux bâtonnets des palmiers dont leurs
spectres infrarouge ne présentent aucun changement sans et avec activation chimique.
V.2 Le colorant Orange II
Dans cette partie nous allons étudier l’aptitude des matériaux utilisés (CC, CC A, B et B A) à
adsorbé le colorant ORII en déterminant les paramètres physicochimique influençant l’adsorption.
V.2.1 Balayage
Le spectre d’absorption en visible (Figure V.7) du colorant OR II est obtenu par un balayage
spectral, entre 190 et 600 nm, d’une solution de colorant à 10 ppm.
Le spectre d’absorption de l’OII présentedeux bandes dans le visible. La première à 485 nm
correspond à la forme hydrazine et la seconde à 430 nm correspondant à la forme azoïque du colorant.
Cette valeur est trouvée quasiment similaire à celles trouvées dans la littérature[2].
Figure V.7 :Le spectre d’absorption de l’Orange II dans le domaine visible.
Ces deux formes se trouvent en équilibre en solution et résultent du
tautomèrismeintermoléculaire de la liaison d’hydrogène entre l’oxygène du groupement naphtol et le
β- hydrogène du groupement azoïque (Figure V.7). D’autres bandes sont observées dans l’ultraviolet à
228 et 310 nm. Ces bandes correspondent aux transitions π -π* du cycle benzoïque et du naphtalène de
l’ORII [2].
Figure V.8 : Forme tautomère.
V.2.2 La courbe d’étalonnage :
La détermination de la concentration des colorants est effectuée par dosagespectrophotométrique
dans le domaine du visible, en utilisant la loi de Beer-Lambert :
A = Log I0 / I = ε.C.L
Avec:
A : Absorbance,
ε : Coefficient d'extinction spécifique du soluté,
L : Epaisseur de la celluleoptique,
C : La concentration du soluté.
Le spectromètre utilisé est un appareil (OPTIZEN 3220 UV). La longueur d'onde du maximum
d'absorption est 485 nm.
L’étalonnage a été réalisé, avec des concentrations en soluté variant de 10 à 30 ppm, la courbe
d’étalonnage de l’Orange II est donnée par la courbe de la figure V.9.
FigureV.9 :Courbe d’étalonnage du colorant ORII.
V.3 Adsorption du colorant OR II sur les différents matériaux :
V.3. 1 Cinétique d’adsorption :
De la mise en contact d’une suspension de la coquette de cacahouète avec le colorant, résulte une
interaction. A mesure que le temps s’écoule des prélèvements effectués au cours du temps permettent
de suivre l’évolution de la teneur du colorant restant en solution et indique que la quantité adsorbée
augmente.
Les cinétiques d'adsorption de l’orange II sur les quatre matériaux ont été réalisées à une
concentration initiale de20ppm, avec des masses d’adsorbant de 400mg. La figureFigureV.10La
courbe exprimant la cinétique de lafixation de l’OR II sur les différents matériaux avant activation
chimique, montre qu’au bout de 1 heure, l’équilibre est atteint.
Pour les matériaux activés chimiquement l’équilibre est atteint au bout de 30 minutes seulement.
Figure V.10 :Cinétique d’adsorption de l’Orange II sur le CC et CCA
Figure V.11 :Cinétique d’adsorption de l’Orange II sur le B et BA
Lesfigure V.10 et V.11, représente l’évolution de la quantité du colorant adsorbée enfonction du
temps. Les cinétiques d’adsorption du colorant sur les quatre matériaux (CC, CC A, B et B A) utilisés
présentent les mêmes allures caractérisées par uneforte adsorption du colorant sur les adsorbants dès
les premières minutes de contactcolorant- matériau, suivie d’une augmentation lente jusqu’à atteindre
un étatd’équilibre. La cinétique d’adsorption rapide pendant les premières minutesde réaction, peut
être interprétée par le fait qu’en début d’adsorption, lenombre des sites actifs disponibles à la surface
du matériau adsorbant, estbeaucoup plus important que celui des sites restant après primo-adsorption.
A l’état d’équilibre la coquette de cacahouète activée chimiquement (CC A) fixedavantage l’OR
II que la coquette de cacahouète brute (CC), contrairement au bâtonnet des palmiers dont l’activation
chimique diminue la quantité adsorbée à l’équilibre.
Le temps d’équilibre est presque identique pour les cinétiques réalisées, il est de 60 minutes pour
les matériaux brutes (CC et B), et de 30 minutes pour les matériaux activés chimiquement (CC A et B
A).
Plusieurs modèles sont donnés dans la littérature pour décrire la cinétique d’adsorption ; dans
cette étude, nous avons utilisé les lois cinétiques du pseudo-premier ordre, pseudo-second ordre,
d’Elovich et de diffusion intraparticulaire.
Les constantes de vitesse d’adsorption du colorant OR II sur les quatre matériaux utilisées pour
tous les modèles cinétique utilisés sontdéterminées graphiquement à partir des droites obtenues sur les
ci-dessous, de la figure V.12 jusqu’à la figure V.19.
D’après les résultats obtenus indiqués sur le tableau V.2, nousremarquons que le modèle de
pseudo second ordre est le plus fiable pourdéterminer l’ordre des cinétiques d’adsorption du colorant
par les quatre adsorbants utilisés et présente un bon coefficient de corrélation (R²=0,99).
De même et d’après les valeurs de Qe trouvées dans le tableau V.2, onremarque que la valeur
calculée par le modèle de pseudo second ordre esttrès proche de celle déterminée expérimentalement
[18] et[19] ont trouvé des résultats similaire pour les cinétiques d’adsorption decolorants sur des
supports argileux.
FigureV.12 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo premier ordre.
Figure V.13 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo second ordre.
Figure V.14 :Modèle d’Elovich pour l’adsorption de l’OR II sur CC et CCA.
Figure V.15 :Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire
Figure V.16 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo-premier ordre.
Figure V.17 :Tracé de la forme linéaire du modèle cinétique du pseudo second ordre.
Figure V.18 :Modèle d’Elovich pour l’adsorption del’OR II sur B et BA.
Figure V.19 :Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire
Tableau V.2 :Constantes cinétiques de l’adsorption du colorant OR II sur les quatre matériaux (B, B
A, CC et CC A).
Adsorbant Lemodèle cinétique du pseudo- premier
ordre Lemodèle cinétique du pseudo second
ordre
R2
Qe K1 R2
Qe K2
CC
0.214 0.167 -0.0184 0.9914 0.387 2.48
CCA 0.7282 1.409 -0.1 0.9737 1.2 0.14
B 0.1701 0.21 -1.55 0.9995 0.852 1.471
BA 0.647 0.852 -0.092 0.2734 1.005 0.025
Adsorbant
Modèle d’Elovich Modèle Coefficient de diffusion
intraparticulaire
R2 B α R
2 Ki
CC 0.8596 0.082 0.657 0.66 0.0284
CCA 0.5009 -0.5743 0 0.8711 0.182
B 0.772 0.1627 -0.775 0.5789 0.065
BA 0.8852 5.461 0.071 0.8568 10.123
V.3. 2 Effet de la masse :
Dans le but de connaître la quantité minimum des matériaux qu’il faut utiliser pour éliminer le
colorant OR II, on a mis en contact 25 ml de solution de colorant à une concentration de 20 ppm avec
différentes quantités des quatrematériaux.
Sur les figuresV.20,V.21,V.22 etV.23, nous avons représenté la variation des quantités adsorbées
par gramme de matériauen fonction du rapport de la masse des adsorbats utilisés sur le volume de la
solution.
Figure V.20 :Effet de la masse de l’adsorbant (CC) sur l’adsorption de l’OR II.
FigureV.21: Effet de la masse de l’adsorbant (CCA) sur l’adsorption de l’OR II.
Figure V.22 : Effet de la masse sur l’adsorption de l’OR II par B.
Figure V.23 :Effet de la masse sur l’adsorption de l’OR II par BA.
Les courbes des figures V.21, V.22 et V.23 montrent que les quantités retenues sont maximales
pour les faibles rapports et diminuent avec l’augmentation de ce rapport pour se stabiliser à grandes
valeurs.
Cette variation est due à une augmentation de l’aire superficielle libre des grains des adsorbants
(CC A, B et B A) pour les faibles rapports.
En effet, la diminution de la concentration de la suspension des matériaux (CC A, B et B A),
entraîne la dispersion des grains dans la phase aqueuse. Par conséquent, les surfaces sorbantes seront
plus exposées. Ceci facilitera l’accessibilité d’un grand nombre de sites libres du support
auxmolécules.
[20]et [21]ont attribué cette diminution à unedésorption de la fraction labile du composé adsorbé
suite à l’augmentation des collisionsinter-particulaire quand la masse d’adsorbant augmente.
Nous observons ainsi une augmentation de l’efficacité lorsque la masse d’adsorbant introduit
augmente pour la CC brute. Pour une masse de 400mg de la coquette de cacahouète en poudre, le
rendement maximal atteint 100 % un rendement maximal.
Cette amélioration des rendements peut être justifiée par l’augmentation des sites d’adsorption
avec l’augmentation de la masse.
V.3. 3 Isothermes d’adsorption
Les isothermes d'adsorption jouent un rôle important dans la détermination des capacités
maximales d'adsorption et dans la conception de nouveaux adsorbants ;il est donc indispensable dans
notre étude de les déterminer.
Pour réaliser les isothermes d’adsorption du colorant OR II par les quatre matériaux à température
ambiante, la durée de mise en contact solutionadsorbanta été fixée à 1 h pour les matériaux brutes et 30
minutes pour les matériaux activé chimiquement, temps au-delà duquel on est assuré qu’il n’y aaucune
variation significative de la concentration du colorant à l’équilibre.
Ce temps d’équilibre a été choisi sur la base des résultats des cinétiquesd’adsorption du colorant par
les adsorbants utilisées obtenues.
D’après la Figure IV-18 nous observons que les isothermes d’adsorption de l’OR II sur les quatre
matériauxont presque la mêmeallure : la quantité du colorant augmente très rapidement pour de
faiblesconcentrations en solution, puis s’atténue pour atteindre un plateaucorrespondant à une
saturation des sites d’adsorption, et traduisant uneadsorption en monocouche.
Il existe de nombreux modèles théoriques qui ont été développés pour décrire lesisothermes
d'adsorption. Cependant, nous nous intéresserons seulement aux modèles de Langmuir et Freundlich,
car ils sont les plus simples et les plus répandus. Ces isothermes d'adsorption peuvent être obtenues par
la représentation graphique de Qe= f (Ce), Qe étant la quantité du substrat adsorbée par g d’adsorbant
et Ce : la concentration à l’équilibre.
L'exploitation de la formule Qe= f (Ce) sous sa forme linéaire de Freundlich et également celle
de Langmuir nous a permis de déduire les principaux paramètres caractérisant chaque modèle.
Le tableau V.3 regroupe les valeurs des paramètres de Langmuir et de Freundlich.
Figure V.24 : Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur CC.
Figure V.25 : Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur le CC.
FigureV.26:Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur la CC.
FigureV.27: Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur la CCA.
Figure V.28 :Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur la CCA
Figure V.29 : Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur la CCA.
Figure V.30 :Isotherme d’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.31 :Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.32 : Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur B.
Figure V.33 :Isothermeadsorption del’OR II surBA.
Figure V.34 :Modèle linéaire de FREUNDLICH pour l’adsorption de l’Orange II sur BA.
Figure V.35 :Modèle linéaire de LANGMUIR pour l’adsorption de l’Orange II sur BA
Tableau V.3 :Principaux paramètres caractérisant les deux modèles d’adsorption de l’OR II sur les
matériaux utilisés :
Q0 :
Cap
acit
é
d’a
dsor
ptio
n à
la
satu
ration (mg/g) et qui correspond à la formation d’une monocouche.
a : Coefficient d’adsorption.
k : Constante de Freundlich.
n : Constante se rapportant à l’intensité de l’adsorption en coordonnées logarithmiques.
Vu les valeurs de R2 obtenues, il se confirme bien que le modèle de Freundlich est plus adéquat
que celui de Langmuir pour décrire lesrésultats d’équilibre de sorption pour B, BA et CCA, dans tous
les domaines de concentrations étudiées contrairement au CC utilisé. Lestendances de sorption
observées précédemment sont confirmées à savoir que les capacitésmaximales de sorption d’un
colorant donné sont fonction de la nature des adsorbants utilisés.
Les différences observées dans la sorption des colorants par les divers matériaux testés peuvent
être attribuées à leurs différences d’accessibilité aux sites de fixation présentssur leurs surfaces liées
aux propriétés du colorant, adsorbants et au milieu de sorption.
Adsorbant Modèle de LANGMUIR Modèle de FREUNDLICH
Q0(mg/g) a R2
K n R2
B -1.116 -0.045 0.6893 0.06 1.3048 0.7532
BA -2.349 -0.024 0.3749 0.248 0.9384 0.382
CCA 0.2955 -1.5020 0.939 0.029 2.5178 0.9407
CC -2.01167 -0.01277 0.9761 0.025 1.1095 0.9373
Conclusion générale
Beaucoup de substances naturelles comme la coquette de cacahouète et les bâtonnets des
palmiers et d’autres substances naturelles considéré jusqu’à maintenant comme un déchet, peut être
valorisé grâce à la mise en place d’un protocole d’activation en vue de l’obtention des nouveau
matériaux utilisé dans le traitement des effluents liquides colorés.
L’étude de l’adsorption, nous a permis de constater que l’élimination du colorant orange II
dispersés par la CC A est meilleure que celle des BA et des matériaux brutes.
L’isotherme de Freundlich simple est favorable pour l’adsorption du colorant OR II sur les
bâtonnetsdes palmiers bruts et activé chimiquement ainsi la coquette de cacahouète activée, par
contrel’isotherme de Langmuir n’est favorable que pour la CC brute.
Le traitement des solutions saturées en colorant à un pH neutre, à donner un taux dedécoloration
important en un temps minable pour des faible concentrations.
En perspectives, il serait intéressant d’utiliser d’autres substances naturelles dans l’élimination
des différents polluants ainsi d’étudier et d’appliquer d’autres modèles linéaires et non linéaires pour
l’adsorption et l’étude cinétique.
Les résultats expérimentaux obtenus sont encourageants pour la poursuite de ce présent travail.
Comme perspectives à réaliser dans le futur, on peut citer :
Confirmation de ces résultats obtenus et étude de l’effet d’autres paramètres expérimentaux sur
la cinétique de sorption de ces colorants par chacun des matériaux testés pour un but
d’optimisation,
amélioration des capacités de sorption de chacun des matériaux testés vis-à-vis
d’un colorant donné,la régénération du colorant sorbé et du sorbant après l’étape de
sorption,etc…
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