Etude de la rétention des métaux lourds par adsorption sur des charbons actifs préparés à partir des résidus agricoles

Abstract

Dans la présente étude, le potentiel de biochars et de charbons actifs dérivés de différents résidus agricoles a été étudié pour l'élimination des métaux lourds (Cu, Zn et Cd) en solutions synthétiques et dans un lixiviat de décharge contrôlée du centre d'enfouissement technique situé à Oued Chaâba, Batna, Algérie. Les coquilles de fruits de chêne (OFS) et les fibres de tronc du palmier dattier (DPF) ont été pyrolysées pour produire des biochars (OFSBC et DPFBC) à différentes températures (700 °C et 400 °C, respectivement). Les charbons actifs (OFSAC et DPFAC) ont été préparés à partir de ces résidus par activation chimique avec de l'acide phosphorique. Tous les adsorbants présentaient des surfaces spécifiques élevées, des structures de pores bien développées et des groupes fonctionnels de surface variés. Concernant les propriétés d'adsorption, l'équilibre d'adsorption pour tous les adsorbants a été atteint en quelques heures (1 à 4 h). Le modèle d'ordre fractionnaire d'Avrami décrit le mieux le processus de la cinétique d'adsorption. Le pH initial de la solution a une influence significative sur l'efficacité de l'élimination des polluants. Les modèles isothermes (Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson et Sips) ont montré un ajustement adéquat aux points expérimentaux dans les solutions synthétiques, prouvant que le transfert de chaque ion métallique sur la surface des adsorbants préparés était favorable. Dans les systèmes binaires et ternaires, l'adsorption de ces ions sur les adsorbants s'est avérée être de nature compétitive. L’étude thermodynamique réalisée entre 20°C et 50°C a confirmé que l'adsorption de ces métaux était spontanée et endothermique, et qu'elle pouvait impliquer une physisorption renforcée par une chimisorption. L'étude appliquée au lixiviat de décharge a montré que l'efficacité d'élimination de Cu2+, Zn2+ et Cd2+ était respectivement de 97,01%, 94,40% et 80,59% en utilisant le DPFBC et de 90,10%, 88,33% et 76,16% en utilisant l'OFSBC. Séparément, le DPFBC a montré la meilleure performance que l'OFSBC en ce qui concerne l'amélioration de la qualité du lixiviat. La demande chimique en oxygène (DCO), la demande biologique en oxygène (DBO5), l'azote ammoniacal (N-NH3) et le phosphore (P) ont subi une diminution avec des efficacités de 53,57%, 29,17%, 36,07% et 37,5%, respectivement. En conséquence, les adsorbants préparés, en particulier les biochars dérivés de coquilles de fruits de chêne et de fibres de tronc du palmier dattier, peuvent ouvrir un horizon pour la valorisation de ces déchets dans le domaine de traitement des eaux