Adsorption compétitive de plusieurs espèces sur des supports naturels et modifiés

Abstract

Depuis plusieurs décennies, les métaux lourds sont une source de pollution environnementale et la communauté scientifique est continuellement sollicitée pour faire face à cette menace. Cette étude a examiné les performances d'un charbon actif fabriqué à partir de coquilles de châtaignes (CNS-AC) pour l'adsorption de Cd(II), Cr(VI), Ni(II), Cu(II) et Zn(II) dans des systèmes à un seul métal ou à des systèmes quinaires. Le CNS-AC a été caractérisé par FT-IR, TGA/DTG, FEG-SEM, EDX et BET. Les résultats expérimentaux ont révélé que l'adsorption suit la cinétique du pseudo-second ordre, à la fois dans les systèmes simples et quinaires. Les résultats d'équilibre reflètent le modèle d'équilibre de Langmuir, avec des capacités d'adsorption maximales (mg/g) variant de 21,34 pour le Cd(II) à 73,16 pour le Zn(II) dans les systèmes mono-métalliques, et de 9,80 pour le Cd(II) à 33,33 pour le Cu(II) dans les systèmes quinaires-métalliques. La capacité d'adsorption maximale globale dans une solution quinaire était de 113,22 mg/g, plus élevée que qm pour chaque système monométallique. En outre, il a été constaté que la réduction de la pollution par le Cd(II) et le Zn(II) pour atteindre les limites standard n'a été réalisée qu'en une seule étape, tandis que deux étapes ont suffi pour atteindre la réduction de la pollution correspondante pour les autres métaux. Une étude computationnelle a été menée à l'aide les méthodes computationnelle et théorie fonctionnelle de la densité(DFT), en supposant la génération de complexes organométalliques entre le charbon actif fonctionnalisé et les ions métalliques. Les groupes fonctionnels carboxyle et amine du CNS-AC semblent être impliqués dans l'adsorption des ions métalliques. Les énergies de liaison calculées entre l'adsorbant et les ions métalliques ont diminué dans l'ordre suivant Cu(II)<Cr(VI)< Ni(II)<Zn(II)<Cd(II). En conséquence, les résultats expérimentaux ont révélé une concurrence réelle entre les métaux lourds pour les sites d'adsorption où l'élimination du Zn(II), du Ni(II) et du Cd(II) a été entravée par la présence d'autres ions métalliques alors que les taux d'élimination du Cr(VI) et du Cu(II) sont restés globalement inchangés. Les nouvelles connaissances apportées par l'étude théorique combinée à l'étude expérimentale mettent en évidence l'efficacité du CNS-AC en tant qu'adsorbant pour l'élimination du Cd(II), du Cr(VI), du Ni(II), du Cu(II) et du Zn(II).