Synthèse de littérature sur l'utilisation de biosorbants pour l'épuration des effluents liquides chargés en polluants organiques et minéraux

VI.5. Effets des modifications sur la structure et la performance des matériaux

Quelque soit le type de traitement appliqué au matériau, le but est d'augmenter ses capacités d'adsorption ainsi que sa tenue mécanique. D'une manière générale, les modifications apportées aux biosorbants affectent :

A- Le pH : le pH est un paramètre qui influence fortement l'efficacité d'adsorption d'un matériau. C'est d'ailleurs le paramètre qui rend plus difficile la comparaison des performances d'adsorption des adsorbants, puisque les valeurs de pH employées varient beaucoup. De plus, pour éviter toute surestimation des capacités d'adsorption des matériaux, il faut prévenir la précipitation des ions métalliques en solution, en fixant le pH à des valeurs inférieures au seuil de précipitation du composé étudié.

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Toutefois, les recherches ont montré que les biosorbants atteignaient une capacité

maximale d'adsorption vis-à-vis des polluants autour d'un pH acide [3.5 à 6].

B- Les capacités d'hydratation du matériau : le gonflement, la CRE, la fraction soluble diminuent en général au terme des modifications (Tableau 8).

C- Les propriétés physico-chimique du matériau se trouvent améliorées (Tableau 9) : porosité, fonctions de surface, surface spécifique, éléments constitutifs.

Modifications physico-chimiques

Les modifications physiques et chimiques sont les plus utilisées dans le traitement des biosorbants. En effet, ils permettent de résoudre de nombreux problèmes liés à l'utilisation de ces matériaux. Matheickal et al., (1998) ont obtenu, suite au traitement d'une algue marine par le NaOH, une réduction de la fraction soluble du matériau de plus de 80%. Le taux de diminution de la CRE a atteint près de 50 % (Tableau 8).

Tableau 8 : Modification des capacités d'hydratation par des procédés chimiques

Algue marine (D. potatorum)	Gonflement			Fraction soluble (%)
	Vol. (ml/g) %		CRE (%)
Natif	21	7.4	88.1	8
Modifiée chimiquement	6.5	1.3	56.6	1.2
Carbonisée	5.3	1.1	52.3	0.8

Matheickal et al., 1998

Le tableau 9 montre la variation des caractéristiques physico-chimiques de deux biosorbants, sur lesquels divers traitements ont été appliqués. Les fibres de jute (RJ) et de noix de coco (RC) ont été modifiées par des procédés chimiques et physiques. Les matériaux modifiés ont été activés pour obtenir du charbon actif [procédés physiques (APJ et APC) procédés chimiques (ACJ et ACC)]. La modification chimique a été réalisée au moyen du _H3PO4 à 900⁰C, et la modification consistait en une oxydation du matériau au CO2 à 950 ⁰C. Le matériau d'abord carbonisé (CJ et CC) a été utilisé comme précurseur pour la phase de

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modification physique. Les fonctions de surface sont demeurées quasi-inchangées lors de la modification physique, sauf pour les fonctions carboxyliques d'acides forts qui sont pratiquement éliminées d'où, un _pHpznpc qui passe d'une tendance acide à une tendance alcaline. Cependant le processus d'activation chimique a augmenté les fonctions de surface à plus de 100 %, sauf pour les fonctions carbonyles. La masse de carbone a augmenté à peu près de moitié pour la modification physique et l'activation chimique, ce qui porte à croire que les capacités d'adsorption du matériau seront améliorées.

Tableau 9 : Caractéristiques chimiques des biosorbants modifiés

		Natif	Modification physique			Fibres activées
	RJ	RC	CJ	CC	APJ	APC	ACJ	ACC
C (%)	44.10	45.94	78.40	74.99	69.20	71.5 1	70.60	70.51
H (%)	6.73	5.79	1.65	1.60	1.56	1.60	1.50	1.62
N (%)	<0.10	<0.30	0.10	0.26	0.46	0.22	0.45	0.23
O (%)	45.70	42.84	10.00	13.3 1	12.65	13.02	14.80	13.82
GI	0.25	0.20	0.00	0.00	0.00	0.00	0.80	0.40
GII	0.10	0.40	0.30	0.30	0.30	0.40	0.60	0.90
GIII	0.20	0.40	0.40	0.50	0.40	0.60	2.20	1.80
GIV	2.35	2.20	0.40	1.10	1.30	0.90	2.80	2.40
Total	2.90	3.20	1.10	1.90	2.00	1.90	6.40	5.50
pHpznpc	6.8	7.6	9.6	8.2	9.6	8.8	4.6	4.9

GI: fonctions carboxyliques d'acides forts, GII: fonctions carboxyliques d'acides faibles et fonctions lactones, GIII: fonctions phénoliques; GIV: fonctions carbonyles.

L'analyse de la porosité (tableau 10) a permis de voir une nette amélioration de la structure poreuse des matériaux. Au terme de la modification chimique, pour les fibres de jute comme pour les noix de coco la surface spécifique a augmenté spectaculairement, de 1.73 à 959 m²/g et de 1.33 à 1303 m²/g respectivement. Toutefois, les valeurs obtenues au terme de la modification physique sont légèrement inférieures, soient 912 et 1088 m²/g dans le même ordre. La formation des réseaux poreux lors des procédés d'activation physique et chimique, a largement contribué à augmenter les surfaces spécifiques des matériaux.

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Tableau 10 : Variation de la porosité des biosorbants modifiés

Volume (cm^3g^-1)		Natif			Modification physique			Fibres activées
		RJ		RC	CJ	CC	APJ	APC		ACJ		ACC
SBET (m2g ^-1)		1.73		1.33	657	534	912	1088		959		1303
Mésopore		0.000		0.000	0.070	0.013	0.269	0.132		0.345		0.089
Micropore		0.000		0.000	0.289	0.238	0.388	0.473		0.381		0.536
Micropore (%)		0.00		0.00	80.5	94.8	59.1	78.2		52.5		85.8
Macropore		0.00		0.00	0.00	0.00	1.49	1.69		0.64		0.74
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