LES DANGERS CAUSES PAR L’ADMISSION EXCESSIVE DES METAUX LOURDS

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LES DANGERS CAUSES PAR LA CONSOMMATION OU L’INGESTION EXCESSIVE DES METAUX LOURDS

L’admission excessive de ces métaux peut engendrer plusieurs maladies selon sa nature c’est-à-dire la concentration admise et la durée d’admission. Il est nécessaire de se référer aux fiches toxicologiques spécifiques pour plus de détail. Les tableaux N°2 et N°3 ci-dessous nous montrent l’entrée et la localisation des substances chimiques dans le corps humain.

LES TRAITEMENTS MEMBRANAIRES

Il existe des traitements physiques qui permettent d’éliminer les éléments indésirables et toxiques dans l’eau. Ce sont : filtration, tamisage, adsorption et les procédés membranaires [2].
Ces procédés consistent à éliminer les micropolluants sans utiliser des produits chimiques qui pourrait donner un mauvais goût, une mauvaise odeur et pour qu’on ne craigne pas à la toxicité du produit utilisé.
Il existe des matériaux poreux possédant des surfaces spécifiques énormes permettant de retenir des micropolluants surtout les métaux lourds même à l’état de trace, il suffit juste de bien mettre au point un procédé bien approprié auraitement. Pour la rétention membranaire, trois procédés sontplus connus :
L’osmose inverse, l’ultra-filtration et la nano-fil tration. Mais on peut aussi utiliser le traitement par charbon actif.
Pour l’ultrafiltration, on utilise des membranes constitués de millier de fibres très fines rassemblés a l’intérieur d’une gaine très rigide,eurl parois possèdent des pores microscopique d’ordre de 0.1µm ; sous pression, on fait passer l’ eau à traiter à travers les pores, on récupère l’eau sortant, étant considérée comme pure, car lespolluants sont retenus par la membrane.
Pour la nano-filtration, la porosité de la membraneest dix fois plus petite que l’ultrafiltration, alors qu’on utilise presque le même procédé ; le oblèmepr c’est que l’eau sortant est totalement déminéralisé, qu’on est obligé de la reminéraliser, c’est le procédé le plus utilisé dans les pays riches.
Pour la rétention par charbon actif on peut utiliser un lit à charbon actif. La figure suivante illustre le principe simplifié du procédé :
Figure 1 : Schéma de traitement des eaux avec du charbon actif
Il consiste à faire passer de l’eau polluée sur le lit de charbon par phénomène d’infiltration, les polluants sont ensuite piégés par les pores, ilest plus commode d’utiliser du charbon granulé pour faciliter la rétention du lit.

LE PHENOMENE D’ADSORPTION

C’est le fait qu’un solide appelé adsorbant retient du gaz ou du liquide appelé adsorbat avec une capacité qui dépend principalement de la structure des pores des matériaux [4]et [5]. D’une manière générale, on l’exploite pour désinfecter des polluants dans l’eau ou pour enlever des gaz toxiques. Dans ce procédé, la surface du solide a une faculté de fixer des molécules ou ions métalliques, ou composés organiques.
Selon leur liaison on définit deux types d’adsorptions : l’adsorption physique ou physisorption et l’adsorption chimique appelée la chimisorption ; ainsi Le phénomène inversé de l’adsorption est appelé la désorption.
Certains travaux d’études font l’objet du phénomènede désorption, beaucoup d’entre eux choisissent de chauffer pour couper les liaisons chimiques.

LES ADSORBANTS :

Les adsorbants sont généralement des matériaux trèsporeux et qui ont des surfaces spécifiques élevées. Selon la classification IUPAC, les tailles des pores sont réparties en 3 groupes : les micropores, les mésopores, et les macropores, où D étant le diamètre des pores [18].
· Si D 2 nm, ils sont des micropores
• Si 2,5 D 5 nm ; on dit qu’ils sont des mesopores
· Si D ≥ 5 nm ils sont des macropores
Il est important d’étudier les propriétés physiquesde l’adsorbant tel que la forme (poudre ou granulé), la granulométrie, la surface spécifique,la distribution des diamètres des pores, le volume poreux, la densité et la tenue mécanique.
On peut citer quelques exemples d’adsorbant :
les charbons actifs : par exemple, le charbon actif de noix de coco, l’argile activée,
la lignine,
les gels de silices, les zéolites,
les alumines,
les nanoparticules.

Le charbon actif

Le charbon actif est le matériau le plus utilisé ansd le domaine de traitement de l’eau, il est au remier rang parmi les adsorbants avec plus de 420000 tonnes /an de production mondiale ;
Notre travail a pour principal objet d’étudier la conception des charbons activés à partir de balle de riz et de mettre en évidence son efficacité par rapport aux métaux lourds. La figure ci-dessous représente la photo d’un charbon actif.

L’argile activée

Ce sont des aluminosilicates de structure en feuillet, ils sont nombreux et abondants dans la nature avec 400000 tonne/an de production annuelle dans le monde.

La lignine

Elle est composée par des dérivés phénoliques, estc’ le deuxième bio polymère après la cellulose synthétisée à partir des végétaux. La production mondiale de lignine est estimée à 63×10 3 tonnes métriques/an [6]. La biomasse cumulée entrela cellulose et la lignine représente environ 70% de la biomasse totale. La lignine est un polymère constituée de trois types de monomères : le coniféryle, le p-coumaryleet les alcools sinapiques. La fraction de chaque monomère varie de façon importante en fonction de : la lignée végétale, l’espèce, l’organe, le tissu.
Grâce à ses groupements fonctionnels (alcools, aldé hydes, éthers, hydroxydes de phénols, acides, cétones), la lignine joue un rôle important au niveau des mécanismes d’adsorption des biosorbants. Elle est d’ailleurs isolée et extraitede certains biosorbants pour être utilisée dans la rétention des polluants. C’est le cas, entre autres, de la lignine extraite de la bagasse ; étudiée par Peternelet al., (1997) sur la capacité d’adsorption vis-à-vis du plomb.

Les zéolites

Ce sont des silico-aluminates de structure cristalline tétraédrique régulier ; ils peuvent aussi retenir les sels de métaux dans le traitement d’eau, ils ont un important volume poreux et sont très sélectif car ils ont une répartition de tailletrès serrée. Avec une production mondiale de 150000 tonnes /an.

Les alumines

Par départ des molécules d’eau des gibbsites, lorsde la calcination : on peut avoir les alumines, un exemple d’adsorbant très poreux et possédant une grande surface spécifique.

L’ADSORBAT

C’est la molécule à adsorber. Le phénomène d’adsorption n’est pas seulement conditionné par le diamètre des pores et la surface spécifique de ’adsorbantl ; mais aussi, au volume de la molécule à adsorber. Il dépend de la nature de l’adsorbat pour que l’adéquation soit possible, il est nécessaire d’étudier le comportement et la pécificités de l’adsorbat ; plus l’adsorbat est petit, plus l’adsorbant peut retenir beaucoup de polluants. Il faut donc que le diamètre du pore des métaux soit inferieur au pore du charbon. Dans la présente étude, il s’agit des métaux lourds ; spécialement pour le plomb ; pour des raisons sanitaires, il est spécialement choisi comme adsorbat. Etant mentionné ci-dessus, ce métalpose beaucoup de problèmes car il est difficile de l’éliminer par les autres procédés come oxydation et décantation et évidemment au traitement biologique.

L’ADSORPTION PHYSIQUE

Pour l’adsorption physique, les molécules sont attirées par des forces appelées les forces de Van Der Waals ; une force d’interaction physique qui piège les molécules à la surface du solide. Il est souvent de nature électrostatique. Pour les charbons actifs ils sont chargés positivement. La physisorption est un phénomène exothermique [7].
L’adsorption physique repose sur l’énergie potentielle de deux particules appelée potentielle de paire U(r). Elle est reliée par les forces intermoléculaires par la relation suivante :
Equation 1

L’ADSORPTION CHIMIQUE

Pour l’adsorption chimique, il y a soit formation de liaison de type ionique soit de type covalente ; c’est la chimiosorption. Pour le cas des charbons actifs, ces adsorbants possèdent des groupements fonctionnels surfaciques, à savoir : l’oxygène, l’azote, le soufre ; sa surface contient des sites chargés. L’adsorption se fait au niveau de ces sites chargés. Il y a formation des liaisons chimiques de type ionique ou covalente avec l’adsorbat. Ces réactions chimiques exigent parfois une énergie de l’ordre de 200 kJ /mol.

LA CATALYSE HETEROGENE

Elle correspond au phénomène d’accélération de lavitesse de la réaction chimique à l’aide d’un solide. Les adsorbants sont des catalyseurs hétérogènes ; la réaction chimique se déroule dans les surfaces spécifique de l’adsorbant, en particulier, il existe des forces d’attraction entre le solide et les réactifs et se réagissent entre eux dans la surface spécifique, il y a formation de nouvelle liaison qui conduit aux produits de réaction et se termine par la désorption.

LE CHARBON ACTIF

HISTORIQUE DU CHARBON ACTIF

Les preuves de l’utilisation du charbon actif remontent à l’antiquité dans le domaine médicinale par Hippocrate vers 400 ans avant J.-C ; ou pour la purification d’eau par les égyptiens vers 1550 ans av. J-C. Au XVIII siècle, le noir animal, produit à partir d’os, a été employé pour la purification de liquides par filtration et de décoloration, notamment pour la production de sucre blanc. C’est au XXe siècle que les procédés de productions furent améliorés pour permettre une production industriell du charbon actif pour des usages ou applications visées. Depuis, certains procédés de roductionp furent mis au point pour permettre une plus grande production de charbon actif et une meilleure efficacité, comme l’activation par vapeur et l’activation chimique [8].

DESCRIPTIONS DU CHARBON ACTIF :

C’est le matériau adsorbant qui est principalement utilisé dans le monde du traitement d’eau tel que la décoloration, désodorisation et la dépollution mais aussi dans la médecine. Les charbons actifs piègent les polluants, les odeurs et les bactéries dans l’eau dans leurs surfaces internes. Ils sont obtenus par carbonisation des matériaux végétaux ou minéraux à haute température, comme la noix de coco, la balle de riz, le bois d’eucalyptus, la houille etc. Les charbons actifs sont couteux dus à la difficulté de sa fabrication, le cout d’énergie, de son conservation ; mais ils restent le plus efficace. Pour cela elle est devenue un sujet de pointe, la conception des biosorbants plus efficaces et à b as cout de production ; il est nécessaire de savoir quelle est la matière idéale pour synthétiser du charbon actif ?

Table des matières

A. INTRODUCTION GENERALE
B. PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE
1 LE TRAITEMENT D’EAU
1.1 La pollution d’eau
1.2 Les métaux lourds
1.3 LES DANGERS CAUSES PAR L’ADMISSION EXCESSIVE DES METAUX LOURDS
1.4 Les traitements membranaires
2 LE PHENOMENE D’ADSORPTION
2.1 Les adsorbants
2.1.1 Le charbon actif
2.1.2 L’argile activée
2.1.3 La lignine
2.1.4 Les zéolites
2.1.5 Les alumines
2.2 L’adsorbat :
2.3 L’adsorption physique
2.4 L’adsorption chimique
2.5 La catalyse hétérogène
3 LE CHARBON ACTIF
3.1 Historique du charbon actif
3.2 Descriptions du charbon actif
3.2.1 Application
3.3 Préparation des charbons actifs à partir de la balle de riz
3.4 L’imprégnation des biomasses
3.5 L’activation physique
3.6 L’activation chimique
3.6.1 Le taux d’imprégnation chimique
3.6.2 La durée d’activation :
3.6.3 La température d’activation
3.7 Traitements complémentaires
4 CARACTERISATIONS ET PROPRIETES DES CHARBONS ACTIFS
4.1 La surface spécifique
4.2 Taux de cendre
4.3 La structure du charbon actif
4.4 Granulométrie
4.5 Texture du charbon
4.5.1 Surface spécifique
4.5.2 Le volume spécifique
4.5.3 La distribution des tailles de pores
4.6 L’isotherme d’adsorption
4.6.1 Les isothermes d’adsorption
4.6.2 Isotherme de LANGMUIR
4.6.3 Isotherme de Freundlich
4.7 Cinétique d’adsorption
4.7.1 Le modèle cinétique d’ordre deux
4.8 Analyse chimique du charbon actif
4.8.1 Analyse par fluorescence X
5 L’AFFINITE DES METAUX LOURDS VIS-A-VIS DU CHARBON ACTIF
5.1 Généralité sur le plomb
5.2 Interaction entre le plomb et les charbons actifs
5.2.1 Dissolution du plomb
5.2.2 Affinité vis-à-vis des charbons actifs
5.3 Les paramètres influençant l’adsorption
5.3.1 Le pH de l’eau
5.3.2 La température
5.3.3 Le temps de contact
6 LES TECHNIQUES DE DOSAGE POUR LES METAUX EN SOLUTIONS
6.1 La POLAROGRAPHIE [19]
PARTIE 2 : PARTIE EXPERIMENTALE
1 INTRODUCTION
2 MATERIELS ET METHODES UTILISES
2.1 METHODOLOGIE DE TRAVAIL
2.2 METHODES DE FABRICATION DU CHARBON ACTIF A PARTIR DE BALLE DE RIZ
2.2.1 Matériels et appareillages
2.2.2 Mode opératoire/Description des méthodes d’activations
2.3 CARACTERISATION DU CHARBON ACTIF ET PROPRIETES
3 ESSAI D’ADSORPTION DES CHARBONS ACTIFS VIS A VIS DES METAUX LOURDS
3.1 Mode opératoire
3.2 Préparation de la solution et charbon actif en poudre et essaie d’adsorption
RESULTATS ET INTERPRETATIONS
4 RESULTATS
5 APPLICATION DES MODELES D’ISOTHERME ADSORPTION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Annexe

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