IV Paramètres d'évaluation de
l'efficacité des biosorbants
L'évaluation de l'efficacité d'un biosorbant est
réalisée par la détermination de la capacité
d'adsorption du matériau et des paramètres liés à
la cinétique d'adsorption. La capacité d'adsorption permet de
dimensionner l'adsorbeur, en termes de quantité de matériau
nécessaire, tandis que la cinétique permet l'estimation du temps
de contact entre le sorbant et les polluants.
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Synthèse de littérature sur l'utilisation
de biosorbants pour l'épuration des effluents liquides
chargés
en polluants organiques et minéraux.
IV.1. La capacité d'adsorption
La capacité d'adsorption d'un biosorbant définit
la quantité de polluants que le matériau peut adsorber pour des
conditions opératoires déterminées. Elle est le principal
paramètre retenu en vue d'estimer le pouvoir sorbant d'un adsorbant.
Elle est exprimée en milligramme (mg) ou milli mole (mmol) de polluants
adsorbés par gramme (g) de matériau sec.
L'évaluation de la capacité d'adsorption d'un
matériau, passe par la description des réactions
d'équilibre produites entre l'adsorbant et l'adsorbât, au terme
d'un temps de contact. Cette description est réalisée au moyen
d'isothermes d'adsorption. Les isothermes sont des courbes mettant en relation
la quantité de polluants adsorbée par unité de masse de
matériau (qe) et la concentration de polluants
restant en solution (Ce), à partir d'essais
effectués à température constante. Le calcul de la
capacité maximale d'adsorption est effectué à partir de
modèles mathématiques élaborés par Langmiur,
Freundlich, Dubinin-Redushkevich (D-R), Temkin, Frumkin, Harkins-Jura,
Halsey-Henderson et Brunauer-Emmett-Teller (BET), rapportés dans la
littérature. (qm) est le paramètre retenu par
Langmuir en vue de quantifier la capacité maximale d'adsorption d'un
matériau. Compte tenu que le modèle de Langmuir est l'un des plus
utilisés, (qm) a été retenu dans cette
étude entant que paramètre indicateur de la performance
épuratoire des biosorbants et des charbons actifs. Sur cette base, le
matériau le plus performant est celui qui présente la plus forte
capacité maximale d'adsorption.
Isotherme d'adsorption de Langmuir
L'isotherme de Langmuir, élaborée en 1918, rend
compte de l'équilibre thermodynamique entre la quantité de
solutés adsorbée et celle qui subsiste dans la phase liquide.
L'équation de l'isotherme d'adsorption de Langmuir
s'écrit:
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Synthèse de littérature sur l'utilisation
de biosorbants pour l'épuration des effluents liquides
chargés
en polluants organiques et minéraux.
Avec : q,= capacité maximale d'adsorption
monocouche
qe= capacité d'adsorption à
l'équilibre,
Ce= concentration en soluté à
l'équilibre dans la phase liquide,
b= constante d'équilibre
adsorption/désorption (constante d'affinité)
Le coefficient b dépend de la nature du couple
adsorbant-adsorbât, il est fonction de l'énergie d'interaction
entre les molécules de soluté et le matériau, sous l'effet
de la température. L'isotherme de Langmuir repose sur les
hypothèses suivantes :
1. il existe plusieurs sites d'adsorption à la surface du
sorbant,
2. chacun des sites peut adsorber une seule molécule,
3. chaque site a la même affinité pour les
solutés,
4. l'activité à un site donné n'affecte pas
l'activité aux sites adjacents.
Méthode de calcul de q,
La valeur du paramètre q, est une valeur
théorique calculée à partir de l'isotherme
expérimentale. Elle est réalisée à partir des
données obtenues lors des essais. Le niveau d'ajustement des
résultats expérimentaux par le modèle théorique est
vérifié par le biais du coefficient de détermination
r2, calculée à partir de la méthode
des moindres carrés. Le calcul de qm est
réalisé à partir du coefficient directeur et
l'ordonnée à l'origine. La linéarisation de l'isotherme
expérimentale permet de calculer la valeur de q,, qui n'est
autre que l'inverse de l'ordonnée à l'origine de la droite
obtenue.
La capacité d'adsorption maximale correspond au
recouvrement monocouche de la surface de l'adsorbant, qui est supposée
homogène en termes d'énergie. Elle détermine la
quantité maximale de solutés retenue par gramme de
matériau sec, en supposant que tous les sites du matériau
participent efficacement à l'adsorption. Elle diffère de la
capacité d'adsorption à l'équilibre
(qe) qui détermine la quantité de
solutés retenus par gramme de biosorbant sec
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Synthèse de littérature sur l'utilisation
de biosorbants pour l'épuration des effluents liquides
chargés
en polluants organiques et minéraux.
lorsqu'il n'y a plus d'interaction entre les sites d'adsorption
du matériau et les solutés dans la phase liquide et vice
versa.
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