| Titre : | Élimination de Cu2+, Ni2+ et Co2+ par les hydroxydes doubles lamellaires Mg/Al modifiés par D2EHPA |
| Auteurs : | Noureddine ROUAHNA, Auteur ; Djamel Barkat, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2020 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Hydroxydes doubles lamellaires,Organophile,Tensioactif,Cinétique,Adsorption |
| Résumé : |
Le but de ce travail est d’étudié la synthèse des hydroxydes doubles lamellaires organophile de type
Mg-Al-D2EHPA et de tester leurs capacité de rétention des cations métallique tel que (Cu2+, Co2+ et Ni2+). La phase Mg-Al-CO3 a été synthétisée a partir des sels métalliques MgCl2, AlCl3 en milieu basique à pH constante. Le précurseur obtenu est lavé, séché et calciné à 500 °C. Puis modifié par D2EHPA suivant la méthode de reconstruction. L’interaction HDL/ tensioactif a été étudie en variant le pH de la solution et la concentration initiale du tensioactif. Les échantillons obtenus ont été caractérisées par différents techniques de caractérisation (DRX, FTIR, BET et MEB-EDX). Les résultats de caractérisation ont montrés l’intercalation du tensioactif l’espace interfoliaire de l’HDL. L’application de ce matériau à l’élimination des cations métalliques en étudiant l’influence des paramètres : le pH, le temps de contact et la concentration initiale du polluant. La modélisation de la cinétique d’adsorption a montré que le modèle de pseudo-second ordre est décrit bien les données expérimentales de l’adsorption. En outre, les équations de Langmuir et de Freundlich ont montré une meilleure description des données des isothermes expérimentales. |
| Sommaire : |
Liste des figures
Liste des tableaux Liste des abréviations Introduction générale……………………………………..................................................... 01 Partie Bibliographique Chapitre I : généralités sur les éléments traces métalliques I.1. Introduction…………………………………………………………………………………..…. 04 I.2. Généralités sur les métaux lourds………………………………………………………….. 04 I.2.1. Sources des métaux lourds………………………………………………………………… 05 I.2.2. Forme des métaux lourds dans les eaux…………………………………………………. 06 I.2.3. Contamination des eaux par les métaux lourds ………………………….…..…………. 07 I.2.4. Toxicité par les métaux lourds……………………………………….…………………….. 08 I.2.5. Réglementation ……………………………………………………………………………… 0 8 I.3. Caractéristiques physicochimiques des éléments étudiés………………………………. . 09 I.3.1. Le cuivre ……………………………………………......................................................... 09 I.3.2. Le cobalt………………………………………………………. …………………………….. 10 I.3.3. Le nickel ……………………………………………………………………………………… 11 I.4. Conclusion……………………………………………………………………………………… 11 Chapitre II : Synthèse bibliographique sur l’adsorption et les hydroxydes doubles lamellaires (HDLs) II.1. Introduction…………………………………………………................................................. 12 II.2. Théorie de phénomène d’adsorption …………………………………………………….. 12 II.2.1. Définition……………………………………………………………………........................ 12 II.2.2. Types d’adsorption ……………………………...….………………………………………. 12 II.2.3. Mécanisme d’adsorption ………………………..………………..................................... 13 II.2.4. Cinétique d’adsorption……………………………………………… …………………….. 14 II.2.4.1. Modélisation de la cinétique d’adsorption............................................................... 15 II.2.4.1.a. Modèle du pseudo-premier ordre ………….......................................................... 15 II.2.4.1.b. Modèle du pseudo-second ordre…………………………………………………….. 15 II.2.4.1.c. Modèle de la diffusion intraparticulaire ……………..…………………..…….……… 16 II.2.5. Equilibre d’adsorption…………………………………………………..…………………...1 7 II.2.5.1. Classification des isothermes ………………………………………………………..…. 17 II.2.5.2. Modélisation des isothermes d’adsorption…………………………………………….. 20 II.2.6. Paramètres influençant l’adsorption ………………………………................................. II.2.7. Critères de choix ……………………………………………………………………………. 23 23 II.3. Les hydroxydes doubles lamellaires (HDLs)……………………………………………... 24 II.3.1. Les argiles ………………………………………………………………………………….. 24 II.3.2. Formules chimiques et structure des HDLs…………………………………………...…. 25 Sommaire II.3.3. Le feuillet (nature de MII et MIII) ………........................................................................ 27 II.3.4. L’espace interfeuillet ………………………………………………………………….…… 28 II.4. Méthodes de synthèse usuelles ………………………………………………………..….. 29 II.4.1. Coprécipitation directe ……………………………………………………………………. 30 II.4.2. Échange anionique ……………………………………………….................................... 30 II.4.3. Reconstruction…………………………………………………………………………...….. 31 II.5. Propriétés des (HDLs) ……………………………………………………………………….. 32 II.5.1. Capacité d’échange anionique (CEA) …………………………………...........…….….. 32 II.5.2. Surface spécifique (Ssp) ………………………………………..……….......................... 32 II.6. Application des HDLs ……………………………………………………………………….. 33 II.6.1. Comme catalyseur………………………………..…………………………..................... 33 II.6.2. Comme échangeur d’ions et adsorbant …………………………………………………. 34 II.7. Interaction HDL-tensioactif ………………………………………………….……............... 35 II.7.1. Méthodes d’élaboration des HDLs organophiles ………….……................................. 37 II.7.1.1. Intercalation………………………………………………………………………………... 37 II.7.7.1.a. Méthode « batch »………………………………………………………………..…….. 37 II.7.7.1.b. Préparation à l’état solide (méthode humide)……………………………………….. 38 II.7.7.1.c. Préparation par micro-ondes)… …………………….……………………………….. 38 II.8. Structure des argiles organophiles ………………………………………………….…….. 38 II.9. Mécanisme de sorption des ions métalliques sur HDLs ……………………………….… II.9.1. Précipitation ………………………………………………………………………………… II.9.2. Adsorption/surface complexation ………………………………………………………… II.9.3. Substitution isomorphe ……………………………………………………………………. II.9.4. Chélation ……………………………………………………………………………………. II.9. Interacalation du tensioactif D2EHPA ………………………………………….…………... 39 40 41 42 42 43 II.9.1. Porosité physico-chimiques …………………………………………………….…………. 44 II.10. Conclusion ………………………………………………………........................................ 45 Partie Expérimentale Chapitre I: Procédure expérimentale I.1. Introduction…………………………………………………………………………………….. 46 I.2.Préparation et caractérisations des argiles anioniques et modifiées……………………... 46 I.2.1. Synthèse des HDL …………………………………………….……………………………. 46 I.2.1.1. Mg2-Al-CO3…………………………………………………………………………………. 46 I.2.1.2. Préparation de l’Hydrotalcite calciné (MgAl-Cal.) ………………................................ 48 I.2.1.3. Préparation de l’organophile Mg-Al-D2EHPA ………………………………..……….. 48 I.2. Techniques de caractérisation des HDLs …………………………………………………. 48 I.2.1. Diffraction des rayons X (DRX)………………………………………………………..….... 49 I.2.2. Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) ……………………..……. 50 I.2.3. Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB)…………………….…..…….. 50 I.3. Mesures texturales…………………………………………………………………................. 51 I.3.1. Calcul de la surface spécifique par la méthode BET ……………………………………. 51 I.3.2. Mesure de la surface externe par la méthode t-plot…………………………………….. 52 I.3.3. Méthode BJH (Barrett, Joyner et Halenda) ………………………………….………….... 54 I.3.4. Critique de la méthode BJH ……………………………………………………………...... 57 Sommaire I.4. Protocole d’adsorption des métaux lourds sur la Mg2- Al- CO3 et Mg-Al-D2EHPA…….. 57 I.5. Préparation des solutions mères ……………………………………………………………. 59 I.5.1. Solution mère du Cu2+……………………………………………………………………….. 59 I.5.2. Solution mère du Co2+………………………………………………………………..…….. 59 I.5.3. Solution mère du Ni2+………………………………………………………………….……. 59 I.6. Méthodes de dosage ……………………………………………….………………………... 6 0 I.6.1. Dosage des éléments métalliques …………………………………………………….….. 60 I.6.2. Principe de la méthode SAA ………………………………………………………………. 60 I.7. Protocole des essais d'adsorption ………………………………………………….……….. I.7.1. Cinétique d’adsorption (Temps d’agitation)……………………………………………….. I.7.2. Influence de pH……………………………………………………………………………… I.7.3. Isotherme d’adsorption………..……………………………………………………………. 61 62 62 62 I.8. Conclusion……………………………………………………………….…………………….. 63 Chapitre II: Caractérisations des hydroxydes doubles lamellaires (HDLs) II.1. Introduction……………………………………………………………………………………. 64 II.2. Caractérisation des phases Mg-Al-HDLs …………………………………………………. 64 II.2.1. Diffraction des rayons X (DRX)……………………………………………………….…… 64 II.2.2. FTIR des HDLs ………………………………………………………………………..……. 66 II.2.3. Surface spécifique (BET) …………………………………………………………………. 67 II.2.4. Microscopie électronique à balayage (MEB) …………………………………….………6 8 II.3. Étude de l’interaction HDL-organophile ……………………………………………………. 7 0 II.3.1. Effet de pH et de concentration de l’organophile………………… ……………………. 70 II.3.2. Interaction à pH= 9…………………………………………………………………………. 70 II.3.3. Interaction à pH= 10………………………………………………………….……………. 71 II.3.4. Interaction à pH= 12…………………………………………………………………………7. 4 II.4. Caractérisation de l’HDL-DE2HPA (1CEA) …………………………………..……….…. 76 II.4.1. Surface spécifique (BET) de l’HDL-DE2HPA (1CEA) ………………………………… 76 II.4.2. Image MEB de l’HDL-DE2HPA (1CEA)…………………………………………………. 78 II.5. Conclusion …………………………………..………………………………………………… 79 Chapitre III: Élimination des métaux lourds par les hydroxydes doubles lamellaires (HDLs) III.1. Introduction…………………………………………………………………………………... 80 III.2. Adsorption du cuivre par Mg-Al-D2EHPA ……………………………………………........8.. 0 III.2.1. Étude cinétique………………………………………………………………………….. 80 III.2.1.1. Effet du temps d’agitation…………………………………………………………… 81 III.2.1.2. Analyse de la courbe cinétique……………………………………………………... 82 III.2.1.2.1. Modèle de pseudo-premier ordre…………………….. 82 III.2.1.2.2. Modèle de pseudo-second ordre ………………………... 83 III.2.1.2.3. Modèle de la diffusion intraparticulaire …………………..… 84 III.2.2. Influence du pH de la solution……………………………………………………… 86 III.2.3. Effet de la teneur initiale en cuivre ………………………………………………. 87 87 Sommaire III.2.5. Modélisation de l’isotherme d’adsorption de Cu2+………………………………….. III.3. Adsorption du cobalt par Mg-Al-D2EHPA ………………………………………... 89 III.3.1. Etude cinétique ……………………………………………….... 89 III.3.1.1. Effet de temps d’agitation…………………………………………………………….…. III.3.1.2. Analyse de la courbe cinétique……………………………………………………..…. 89 90 III.2.2. Influence du pH de la solution………………………………………………………….… 92 III.3.3. Effet de la teneur initiale en cobalt ………………………………………………..…..… III.3.3.1. Modélisation de l’isotherme d’adsorption de Co2+………………………………….….. III.4. Adsorption du nickel par Mg-Al-D2EHPA ……………………………………………..….. 93 93 95 III.4.1. Etude cinétique ……………………………………………………………………….….... III.4.1.1. Analyse de la courbe cinétique…………………………………..………………….…. 95 96 III.4.2. Influence du pH de la solution……………..………………………………..……………… 98 III.4.3. Effet de la teneur initiale en nickel ………………………………………………….….… III.4.3.1. Modélisation de l’isotherme d’adsorption de Ni2+…………………………………….. III.5. Conclusion …………………………………………………………………………………….. 98 99 101 Conclusion générale ……………………………………………………………………………… Références bibliographiques …………………………….……………………………………… 102 105 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/1076 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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