Bio-adsorbants : Elaboration, caractérisation et applications pour le traitement des eaux usées

Abstract

Cette étude vise à synthétiser un nouveau bio-adsorbant à partir de la double valorisation de déchets agricoles et marins (noyaux de dattes et carapaces de crevettes), dans le but de purifier l’eau contaminée par le cadmium. Le bio-composite est élaboré en combinant les propriétés du chitosane, du charbon actif et des nanoparticules d’oxyde de zinc (CS-AC/ZnO). Le rapport massique optimal de AC/ZnO à CS est trouvé 1/2 (m/m) pour une efficacité maximale d’élimination. Le nouvel adsorbant et ses précurseurs ont été caractérisés par différentes techniques (FTIR, DRX, MEB-EDS, et BET). Les résultats de caractérisation révèlent que les adsorbants possèdent une surface poreuse et rugueuse, et confirment la présence de groupes fonctionnels susceptibles de capter les ions Cd²⁺. Les billes synthétisées présentent une structure mésoporeuse, avec une surface spécifique de 20,54 m²/g, et une efficacité d’élimination atteignant 82 %, supérieure à celle des autres adsorbants testés. Des études d’adsorption en batch ont été menées pour évaluer l’effet des paramètres opératoires, ainsi que la cinétique, les isothermes et la thermodynamique du processus. Les conditions optimales ont été déterminées, et les adsorbants ont été classés selon leur capacité d’adsorption comme suit : CS-AC/ZnO> CS > AC > AC/ZnO>ZnO. L’adsorption des ions Cd²⁺ par les précurseurs suit le modèle cinétique du pseudo-premier ordre (PFO) et est bien décrite par le modèle de Langmuir. En ce qui concerne le composite CS-AC/ZnO, l’adsorption du Cd²⁺ est spontanée et endothermique. De plus, les expériences ont démontré une élimination préférentielle des ions Cd²⁺ même en présence d’ions interférents tels que Na⁺, K⁺ et Mg²⁺. Une modélisation non linéaire a été appliquée pour ajuster les isothermes et les modèles cinétiques. Les isothermes de Freundlich et de Redlich–Peterson, ainsi que le modèle cinétique du pseudo-second ordre, ont offert les meilleurs ajustements aux données expérimentales. La capacité d’adsorption maximale déterminée par le modèle de Langmuir est de 18,63 mgg-1. Il est également remarquable que l’adsorbant ait conservé des performances élevées durant cinq cycles de régénération, avec une efficacité passant légèrement de 83,76 % à 80,18 %.