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Etude comparative des propriétés d'adsorption de quelques micro--polluants sur les phosphates naturels et le charbon actif.

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par Noureddine BARKA
Université Ibn Zohr, Agadir - Diplome d'études supérieures appliquées de chimie 2004
  

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III.3.1 Classification des isothermes d'adsorption

Tous les systèmes adsorbant-adsorbât ne se comportent pas de la même manière. Expérimentalement, on distingue quatre classes principales nommées : S (Sigmoïde), L (Langmuir), H (Haute affinité) et C (partition Constante). La figure I.5 présente cette classification.

S L H C

Concentration du soluté à l'équilibre dans la solution
Figure I.5 : Classification des isothermes d'adsorption selon Giles et coll.[14].

Après cette description nous abordons l'interprétation des différentes classes d'isothermes. Nous commençons par la plus fréquente : l'isotherme de Langmuir

a - Classe L

Les isothermes de classe L présentent, aux faibles concentrations de la solution, une concavité tournée vers le bas qui traduit une diminution des sites libres au fur et à mesure de la progression de l'adsorption. Ce phénomène se produit lorsque les forces d'attraction entre les molécules adsorbées sont faibles. Elle est souvent observée quand les molécules sont adsorbées à plat, ce qui minimise leur attraction latérale. Elle peut également apparaître quand les molécules sont adsorbées verticalement et lorsque la compétition d'adsorption entre le solvant et le soluté est faible. Dans ce cas, l'adsorption des molécules isolées est assez forte pour rendre négligeable les interactions latérales.

b- Classe S

Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration, une concavité tournée vers le haut. Les molécules adsorbées favorisent l'adsorption ultérieure d'autres molécules (adsorption coopérative), Ceci est dû aux molécules qui s'attirent par des forces de Van Der Waals, et se regroupent en îlots dans lesquels elles se tassent les unes contres les autres.

Ce comportement est favorisé, d'une part, quand les molécules de soluté sont adsorbées verticalement comme c'est le cas des molécules possédant un seul groupe fonctionnel et d'autre part, quand les molécules se trouvent en compétition d'adsorption forte avec le solvant[15].

c- Classe H

La partie initiale de l'isotherme est presque verticale, la quantité adsorbée apparaît importante à concentration quasiment nulle du soluté dans la solution. Ce phénomène se produit lorsque les interactions entre les molécules adsorbées et la surface du solide sont très fortes. L'isotherme de classe H est aussi observée lors de l'adsorption de micelles ou de polymères formées à partir des molécules de soluté [15].

d- Classe C

Les isothermes de cette classe se caractérisent par une partition constante entre la solution et le substrat jusqu'à un palier. La linéarité montre que le nombre de sites libres

reste constant au cours de l'adsorption. Ceci signifie que les sites sont crées au cours de l'adsorption. Ce qui implique que les isothermes de cette classe sont obtenues quand les molécules de soluté sont capables de modifier la texture du substrat en ouvrant des pores qui n'avaient pas été ouverts préalablement par le solvant [15].

III.3.2 Types d'isothermes

Plusieurs lois ont été proposées pour l'étude d'adsorption, elles expriment la relation entre la quantité adsorbée et la concentration en soluté dans un solvant à une température donnée, nous citons ci-dessous les deux principaux types.

*Isotherme de Langmuir

C'est le modèle le plus utilisé pour commenter les résultats trouvés au cours de l'adsorption des composés organique en solution aqueuse.

A une température constante, la quantité adsorbée Q est liée à la capacité maximale d'adsorption Qm, à la concentration à l'équilibre Ce du soluté et à la constante d'affinité K par l'équation :

Q

=

Qm

KCe

1 KCe

+

La transformée linéaire de ce modèle a pour équation :

1

=

1+

1

*

1

 
 
 

Q Qm K.Qm Ce

En portant 1/Q en fonction de 1/Ce on obtient une droite de pente 1/KQm et d'ordonnée à l'origine 1/Qm, cela permet la détermination des deux paramètres d'équilibre de l'équation Qm et K.

* Isotherme de Freundlich

C'est une équation empirique largement utilisée pour la représentation pratique de l'équilibre d'adsorption. Elle se présente sous la forme :

Q = Kf Ce 1/nf

Q : Quantité adsorbée par gramme du solide.

Ce : Concentration de l'adsorbât à l'équilibre d'adsorption.

Kf et 1/nf : constantes de Freundlich caractéristiques de l'efficacité d'un adsorbant donné vis-à-vis d'un soluté donné.

La transformée linéaire permettant de vérifier la validité de cette équation est obtenue par passage en échelle logarithmique :

Ln Q = Ln Kf + 1/nf Ln Ce

En traçant Ln Q en fonction de Ln Ce, on obtient une droite de pente 1/nf et d'ordonnée à l'origine Ln Kf

I. LE CHARBON ACTIF UTILISE

Le charbon actif utilisé dans ce travail, nommée (CL), est un produit Merck d'origine végétale sous forme de poudre. Il a une granulométrie inférieure à 80um. les caractéristiques physico-chimiques ont était déjà étudiées par BELMOUDEN [15], nous citons :

- La surface spécifique : 141 m2/g. - pH de charge nulle : pHpcn= 1.84. - Diamètres des pores : 40 à 50 A. - Densité : 1.71.

- Indice d'iode : 506 mg/g.

- Indice de bleu de méthylène : 67 mg/g.

II. CARACTERISATION DES PHOSPHATES NATURELS.

La caractérisation du composé phosphaté a été réalisée par la diffraction des rayons X, la spectroscopie d'absorption infrarouge, et la microscopie électronique a balayage (MEB).

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