Valorisation des matériaux locaux pour l’élimination des produits pharmaceutiques par procédés physico-chimiques de traitement

Abstract

La présente étude visait à étudier à l'échelle du laboratoire l'élimination d'un antibiotique et d’un anti-inflammatoire stéroïdien, la "métronidazole" et le "prednisolone", des solutions synthétiques et à prétraiter des eaux usées d'un laboratoire d'analyses médicales, à l'aide d'un adsorbant préparé à base des cônes de pin. Pour atteindre cet objectif, quatre adsorbants ont été préparés à partir des cônes de pin et un autre charbon actif en poudre commercial. Les trois premiers biochars préparés ont subi une seule étape de pyrolyse à 500, 700 et 900 °C nommés PCB-500°C, PCB-700°C et PCB-900°C, respectivement, tandis que le quatrième adsorbant préparé a été activé avec de l'acide phosphorique puis soumis à une pyrolyse à 400°C (PhAC). La caractérisation par l’analyse infrarouge des adsorbants utilisés dans cette étude a montré que la surface chimique contient des groupes fonctionnels (C=O, C=C et C-O-C). L’analyse DRX a indiqué que leurs structures sont amorphes et bien aromatiques pour le PCB-900°C et le CAP. Les résultats de la BET ont montré que la surface spécifique augmente avec la température de pyrolyse et que l’imprégnation à l’acide phosphorique peut affecter la surface spécifique malgré la basse température de pyrolyse. Les résultats des tests d’adsorption obtenus ont clairement démontré que le PCB-900°C était plus performant que les autres adsorbants préparés, atteignant une efficacité de 98.56% (pour la métronidazole) et 99,10 % (pour le prednisolone) pendant un temps d'équilibre de 30 minutes. L'adsorption des deux produits pharmaceutiques est de nature chimique que physique pour le PCB-900°, PhAC et CAP vue que le modèle de la cinétique du pseudo-second ordre décrit parfaitement les données expérimentales. Les capacités d'adsorption maximales de Langmuir obtenues par le meilleur adsorbant préparé (PCB-900°C) étaient 138,94 mg/g et de 35,99 mg/g pour la métronidazole et le prednisolone, respectivement. Il a été également démontré que le processus d'adsorption n'a pas été affecté par les variations du pH du milieu, ce qui veut dire que les interactions électrostatiques n’ont pas un effet major dans le processus d’adsorption. Les mécanismes d'interaction π-π, le remplissage des pores et les interactions hydrophobiques semblent être les mécanismes les plus prédominants pour l’adsorption des deux produits pharmaceutiques sur le PCB-900°C. L’adsorption de prednisolone en présence de métronidazole est antagonisme, due à la nature compétitive des deux produits pharmaceutiques sur la surface du PCB-900°C. D'après l'étude thermodynamique, l'adsorption de métronidazole et de prednisolone était spontanée et de caractère endothermique. La réutilisation du PCB-900°C a été testée sur 8 cycles pour la métronidazole et de 4 cycles pour le prednisolone. Les résultats de la dégradation de la matière organique dans les eaux usées de laboratoire ont montré une efficacité pour l’abattement de la demande chimique en oxygène (DCO) et de la turbidité. Par conséquent, le biochar dérivé des cônes de pin peut constituer un adsorbant prometteur pour l'élimination de métronidazole et de prednisolone des solutions aqueuses.