Modélisation des propriétés d’adsorption des espèces organiques et/ou inorganiques sur les phyllosilicates

Abstract

La caractérisation physico-chimique des argiles, notamment des kaolins prélevés dans les Charentes (France), a été effectuée pour identifier les impuretés minérales et évaluer leurs potentiels d'adsorptions. Les techniques utilisées incluent la diffraction des rayons X pour déterminer la composition minéralogique, la fluorescence X pour l'analyse chimique, et la mesure de la surface spécifique par la méthode BET. Les argiles ont été analysées pour leurs propriétés structurales, telles que la surface spécifique et le volume des pores, ainsi que pour leurs caractéristiques thermiques par analyse thermique différentielle (DTA). Ces informations fournissent une base solide pour évaluer leur efficacité dans l'adsorption de polluants. L'étude de l'adsorption de plomb (Pb2+) par les kaolins naturels et calcinés révèle des différences notables dans l'efficacité de ces matériaux. Les kaolins calcinés à 400 °C montrent une meilleure performance d'adsorption comparée aux kaolins naturels, avec des capacités d'adsorption augmentées de plus de 10 %. Les paramètres expérimentaux, tels que la dose d'adsorbant, le temps de contact, la concentration initiale et la température, influencent significativement le processus. L'adsorption suit un modèle cinétique de pseudo-second ordre, indiquant un mécanisme chimique dominant, avec des caractéristiques homogènes des sites d'adsorptionL'adsorption du colorant textile rouge azucryl par les kaolins a également été étudiée. Les résultats montrent que les kaolins calcinés offrent une meilleure capacité d'adsorption que les kaolins naturels. Les conditions optimales pour l'adsorption du colorant ont été établies, avec un pH de 6, une température de 25 °C, et une concentration initiale de 80 mg/L. L'efficacité de l'adsorption est supérieure pour les kaolins calcinés, avec des capacités d'adsorption allant jusqu'à 76,7 mg/g pour CKcm. Les résultats confirment que la calcination améliore les performances d'adsorption en éliminant la matière organique et en modifiant la structure des argiles. Les impuretés présentes dans les kaolins, notamment la matière organique et la gibbsite, influencent leurs performances en adsorption des espèces organiques et inorganiques. La matière organique peut modifier la surface spécifique et l'affinité des kaolins pour certains polluants, tandis que la gibbsite, en raison de sa nature aluminique, peut contribuer à des interactions spécifiques avec les métaux lourds et d'autres contaminants Water, essential for human life and economic development, faces growing challenges from industrial and agricultural pollution. Despite the global availability of water remaining constant, increasing population pressure and overwhelmed natural purification systems exacerbate pollution issues. Heavy metals and dyes from various industries pose a serious threat to water quality. This study explores the use of clays as a solution for treating water contaminated with these pollutants, specifically examining natural and calcined kaolins for their adsorption capabilities. The physicochemical characterization of clays, particularly kaolins sourced from Charente, was conducted to assess their adsorption potential. Techniques employed include X-ray diffraction for mineralogical composition, X-ray fluorescence for chemical analysis, and BET surface area measurement. The clays were analyzed for structural properties, such as surface area and pore volume, as well as thermal characteristics using differential thermal analysis (DTA). These details provide a solid foundation for evaluating their effectiveness in pollutant adsorption. The study of lead (Pb2+) adsorption by natural and calcined kaolins reveals significant differences in material efficiency. Calcined kaolins at 400°C exhibit superior adsorption performance compared to natural kaolins, with adsorption capacities increased by over 10%. Experimental parameters such as adsorbent dose, contact time, initial concentration, and temperature significantly influence the process. Adsorption follows a pseudo-second-order kinetic model, indicating a dominant chemical mechanism with homogeneous adsorption site characteristics. The adsorption of the textile dye Azucal Red by kaolins was also investigated. Results show that calcined kaolins offer better adsorption capacity than natural kaolins. Optimal adsorption conditions were determined to be at a pH of 6, a temperature of 25°C, and an initial concentration of 80 mg/L. Adsorption efficiency is higher for calcined kaolins, with capacities reaching up to 76.7 mg/g for CKcm. Results confirm that calcination enhances adsorption performance by removing organic matter and altering clay structure.