Etude cinétique et thermodynamique de l'adsorption des métaux lourds par l'utilisation des matériaux naturels

Abstract

L'objectif principal de présent travail était d'étudier l'adsorption des métaux lourds du chrome (VI) et du cuivre (II), à partir de solutions aqueuses, sur trois matériaux argileux prélevés à des zones différentes dans la région de Chaouia-Ouardigha et du Nord-Est de Maroc. Les trois échantillons collectés ont d'abord été caractérisés par différentes techniques physicochimique et minéralogique. Les résultats ont montré que les échantillons d'argile naturels sont principalement composés de silice, l'alumine, les oxydes de calcium de fer, et de magnésium. Dans les conditions optimales, le taux d’élimination du chrome (VI) peut attendre jusqu’à 67%, 81% et 91% pour le matériau ‶Argile I″, ‶Argile II″ et ‶Argile III″ respectivement à température ambiante. Alors que pour le cuivre il peut attendre jusqu’à 65 %, 17 % et 25 % pour le matériau ‶Argile I″, ‶Argile II″ et ‶Argile III″ respectivement. L’étude cinétique de l'adsorption a été testée à l'aide de modèles de pseudo-premier ordre, pseudo-second ordre, Elovich et de la diffusion intraparticules. Les résultats ont montré que l'adsorption des ions Cr (VI) et Cu (II) par les trois matériaux argileux progresse selon le modèle pseudo-second-ordre. Les données expérimentales ont été analysées par les modèles isothermes Langmuir, Freundlich, Temkin et Dubinin Radushkevich (D-R). On a trouvé que la capacité d'adsorption monocouche du matériau ‶Argile I″ était de 83,16 mg/g et 333,33 mg/g pour les ions Cr (VI) et Cu (II), respectivement. Pour l’échantillon ‶Argile II″ était de 62,5 mg/g et 163,93 mg/g pour les ions Cr (VI) et Cu (II), respectivement. Tandis que le matériau ‶Argile III″ était de 64,10 mg/g et 138,88 mg/g pour les ions Cr (VI) et Cu (II), respectivement. Les paramètres thermodynamiques incluant l'énergie libre (ΔG), l'enthalpie (ΔH) et l'entropie (ΔS) ont indiqué que le processus d'adsorption pour les deux éléments métalliques étudiés était réalisable, spontané et endothermique dans la zone de température de 25 à 60 °C. Les études ont montré que les propriétés physico-chimiques des matériaux naturels utilisées, agissent principalement sur le processus d’adsorption des ions métalliques, les résultats nous ont permis de choisir le matériau ‶Argile III″ et ‶Argile I″ comme des adsorbants présentant une capacité élevée pour l’adsorption du chrome (VI) et du cuivre (II) respectivement.