Analyse de la composition chimique de la MCO

Chapitre V : Résultats et Discussion

Caracterisations

Composition chimique

La composition chimique de la MCO est présentée dans le Tableau V.1. Les valeurs sont exprimées en pourcentage massique. D’après les résultats la MCO est constitué de du carbone, de l’oxygène, de l’hydrogène, de l’azote et du soufre; ce qui indique et confirme sa nature protéique avec un pourcentage en poids élevé de carbone (46,99%).

Analyse Thermogravimétrique

La courbe de L’ ATG de la MCO est illustrée sur la figure V.1, montre trois phases de perte de masse. La première phase de 25 à 100 ° C correspond à une perte rapide d’environ 13,94% du poids de l’échantillon (déshydratation) due aux molécules d’eau maintenues en surface par l’hydrogène collage peut être attribuée au début de la dénaturation MCO du collagène.

La deuxième perte de poids est de 50,38% dans la plage de températures de 155 à 540 ° C. Cela pourrait contribuer à la dégradation des chaînes de collagène et de glycane, la troisième phase 400 – 600 ° C est celle de la dégradation membranaire 29,42%.

Analyse de structure par DRX

Le spectre de diffraction des rayons X de MCO (figure V.2) montre un large pic à 2θ( 21°) indiquant la nature amorphe du matériau en raison de présence de fibres protéiniques composés des acides aminés ^115,116. Ce résultat est en accord avec la littérature ^117,118.

Analyse de structure par FTIR

Les spectres IR enregistrés de la membrane des coquilles d’œufs utilisée avant et après adsorption des colorants Bleu de méthylène (Figure V.3) montrent les différentes bandes d’absorption caractéristiques enregistrées entre 400 et 4000 cm-1.

Les spectres sont divisés en deux régions : la première entre 3725 et 2300 cm-1 et la deuxième au-dessous de 1700 cm-1. Dans la première région, un pic intense fixé à 3274 cm-1 caractérisant les liaisons OH et NH respectivement. Une autre bande moyenne à 3060 et 2929 cm-1 caractérise les vibrations de valence asymétriques des bondes C-H présentes à =CH et =CH2 ¹¹⁹.

Dans la deuxième région les pics correspondent aux vibrations des liaisons des groupes suivants : vibration d’élongation C=O vers 1643 cm-1, vibration de déformation des liaisons N-H à 1451 cm-1, cisaillement de =CH2 à 1109 cm-1 et vibration d’élongation des liaisons C-N et C-S aux alentours de 645 cm-1^120-121.

Après adsorption du colorant (BM), il a été observé la diminution des intensités des pics : OH et NH (3270, 3266 cm-1), C=O (1522, 1632 cm-1), amide N-H (1421, 1386 cm-1), amine C-N (1065, 1022 cm-1). Ce changement est expliqué par les interactions qui ont eu lieu entre les groupes fonctionnels du colorant et la surface de la membrane des coquilles d’œufs.

Détermination de pHpcz

La figure V.4 montre que le point charge zéro de la membrane est égale à 7.05, nous constatons que La membrane est chargés positivement à pH > 7.05 et elle est chargés négativement à pH ˂ 7.05.

Microscopie électronique à balayage MEB

La structure morphologique de la membrane est présentée sur la Figure V.5 montre un réseau composé de fibres de protéines orientées de manière aléatoire ce qui donne une structure amorphe de la membrane.

Etude de l’influence des différents paramètres sur l’adsorption du BM

Effet de la masse

Dans le but de déterminer la quantité nécessaire de MCO correspondante à une élimination maximale, des suspensions de 20 ml de solution de BM à 20 ppm ont été préparés dans des tubes en pyrex, dans lesquels des masses de scorie qui varie de 0.1g à 1g leurrant été ajouté.

Les résultats montrent que le pourcentage d’élimination du BM augmente avec l’augmentation de la masse de la MCO. Au-delà d’une masse de 0,4g, le taux a tendance à se stabiliser à l’apparence d’un palier de saturation (figure V.6).

D’après la figure V.6, il peut être remarqué que l’influence de l’augmentation de la quantité du support est positive sur le rendement de la rétention Ceci est attribué à l’augmentation du nombre de sites actifs de sorption.

Effet de la vitesse d’agitation

Afin d’étudier l’effet du l’agitation sur le processus de rétention, trois vitesses d’agitation ont été considérés: 50, 150, 200 tr/min. La figure V.7 montre que la vitesse d’agitation agit favorablement sur la rétention de BM au début du processus et elle commence à diminuer à mesure que le temps passe, en fait, la saturation est atteinte. Ce résultat peut mieux être vu sur la deuxième partie des courbes.

D’après la figure V.7 les courbes sont superposées, ce qui indique que la capacité de rétention de la MCO n’est pas influencée par la vitesse d’agitation, pour des conditions énergétique on choisit la vitesse d’agitation 50 tr/min.

Effet de concentration

Pour étudier l’influence de la concentration du matériau sur la fixation du BM, des essais ont été menés avec des concentrations de 20 à 80mg/l. Les autres paramètres sont maintenus constants.

La figure V.8, montre que la quantité adsorbée de BM augmente en fonction de la concentration initiale. Cette évolution peut s’expliquer par l’existence d’un fort gradient de concentration en BM entre la solution et la surface de l’adsorbant ¹²².

Effet de la température

Les suspensions ont été agitées à une vitesse d’agitation de 50 tr/min à des temps allant de 5 à 120 minutes à différentes température 25, 35,et 45°C.

L’examen de la Figures V.9 les courbes sont superposée on peut dire qu’il n’y a pas de modification significative de la capacité d’adsorption lorsque la température augmente.

Effet du pH

Le pH est un paramètre important qui doit être pris en considération lors de toute étude d’adsorption. La capacité d’adsorption du colorant sur la MCO a été déterminée sur une gamme de pH : 4 ; 6 ; 7 ; 8 ; 10. Les pH acide et basique sont obtenus, l’un par addition d’une solution d’acide chlorhydrique (0.1N) et l’autre par ajout d’une solution de soude (0.1N).

L’effet du pH sur l’adsorption de BM est donné sur la Figures V.10. Il est bien connu que les procédés d’adsorption dépendent fortement du pH en raison de la sensibilité élevée de groupes fonctionnels de l’adsorbat.

L’effet du pH sur l’élimination du BM montre que lorsque le pH de la solution augmente, le pourcentage d’adsorption croit. Ce comportement est expliqué comme suit :

Le BM colorants cationiques (R+, Cl-) peut acquérir une charge positive dans les milieux aqueux par la réaction suivante :

R+, Cl-→R++Cl-

L’ion R+ sera attiré vers la surface de l’adsorbant par une interaction électrostatique.

Une diminution de pH conduit à l’augmentation de la concentration des ions H+ en solution, ce qui donne aux groupes fonctionnels du matériau une charge de surface positive ¹²³ ; ces ions H+ rentrent en compétition avec le BM. L’adsorption du BM est ainsi affectée.

M − NH2 + H+ ↔ M − NH+

M − CO − NH2 + H+ ↔ M − CO − NH+ M − OH + H+ ↔ M − OH+

M − COOH + H+ ↔ M − COOH+

Par contre en milieu basique la surface de la M devient chargée négativement et par conséquent, les forces électrostatiques des cations BM chargés positivement augmenteront l’attraction et cette situation peut être résumée par les réactions suivantes:

M − O− + BF+ ↔ M − O − BF

M − COO− + BF+ ↔ M − COO − BF M − NH− + BF+ ↔ M − NH − BF

M − CO − NH− + BF+ ↔ M − CO − NH − BF

Des résultats similaires ont également été trouvés dans l’adsorption de colorant cationique par M¹²⁴.

Étude cinétique

Plusieurs modèles cinétiques sont développés afin de mettre en évidence les paramètres essentiels des cinétiques d’adsorption. L’adsorption de BM sur (M, CM et C) a pu être modélisée en utilisant les équations du pseudo-premier ordre ¹²⁵ Équation (15) et du pseudo-second ordre ¹²⁶ Équation (16)

ln(qe − qt) = ln qe − k1t (Eq15)

t 1 t

q = k q2 + q (Eq16)

Où, t: temps de contact; k1 : constante de vitesse d’adsorption de la cinétique de pseudo premier ordre; k2: constante de vitesse d’adsorption du cinétique pseudo-second ordre; qt et qe: capacités d’adsorption respectivement à l’instant t et à l’équilibre.

Isotherme d’adsorption

Les isothermes d’adsorption peuvent fournir des informations approfondies sur les interactions adsorbat / adsorbant, qui sont identifiées par certaines valeurs constantes qui donnent un aperçu des caractéristiques de la surface et de l’affinité de l’adsorbant. Dans ce cas, il existe une relation entre les quantités de colorant adsorbé et celle restant en solution aqueuse à l’équilibre pour une température constante.

Les résultats expérimentaux obtenus montrent que l’isotherme d’adsorption est de type L, qui correspond à la classification de Gilles ¹²⁷. Ce dernier, indique une croissance de l’adsorption du colorant lorsque la concentration augmente, puis elle ralentit pour atteindre un plateau correspondant à une saturation des sites d’adsorption, et traduisant une adsorption en monocouche (Figure V.13).

Pour mieux interpréter les données de l’effet de la concentration initiale en BM, des modèles d’adsorption classiques, Langmuir et Freundlich, ont été utilisés pour décrire l’équilibre entre les ions du BM et la M.

Les paramètres pour ces modèles d’adsorption ont été calculés par régression en utilisant la forme linéaire des équations d’isotherme. Les paramètres et le coefficient de corrélation (R2) sont récapitulés dans le tableau 3.

Isotherme de Langmuir

L’isotherme d’adsorption de Langmuir ¹²⁸ suppose que l’adsorption se produit par monocouche et que tous les sites d’adsorption au niveau de l’adsorbant sont homogènes. La forme linéaire de l’équation (17) d’isotherme de Langmuir est donné par :

Ce

Qe 1 1

= Ce + bQ (Eq17)

Les résultats expérimentaux de l’élimination de BM selon l’équation de Langmuir sont illustrés dans la figure V.14 qui montre une répartition linéaire.

Isotherme de Freundlich

L’isotherme de Freundlich ¹²⁹ a été également utilisée pour expliquer les phénomènes observés. Il suppose que la multicouche du processus d’adsorption se produit sur une surface hétérogène et sa forme linéaire peut être présentée par l’équation (18) :

1

ln Qe = ln KF + n ln Ce (Eq18)

où Q e la quantité d’adsorbé par poids spécifique (mg/g); K constantes de Freundlich s’est relié à la capacité d’adsorption; C e la concentration d’équilibre (mg/l); n constantes de Freundlich s’est relié à l’intensité d’adsorption.

L’étude des isothermes d’adsorption de Langmuir et Freundlich, représentées respectivement par les figures et Tableau3, montre d’après les valeurs de R2 que le modèle de Freundlich est le mieux adapté.

Conclusion générale

De nombreuses substances naturelles autrefois considérées comme des déchets, telles que pelure de citron et résidus de maïs, les coquilles d’œufs et d’autres substances naturelles, peuvent désormais être récupérées pour être utilisées dans le traitement des eaux polluées par des micropolluants comme les colorant.

Les méthodes d’adsorption ont souvent servi d’option privilégiée en plus de la procédure fondamentale. Le traitement d’adsorption élimine les composés organiques dissous de l’eau sans les modifier. Le plus ancien adsorbant fabriqué industriellement est le charbon actif, qui est couramment utilisé dans le traitement des eaux usées. Cependant, compte tenu des difficultés rencontrées lors de la mise en œuvre ainsi que du coût élevé, nous avons pensé qu’il serait intéressant d’étudier la rétention de divers produits chimiques via l’adsorption sur la membrane de la coquille d’œuf.

L’objectif principal de cette étude était de démontrer la faisabilité de l’utilisation d’un système bio-adsorbant pour compléter le traitement des eaux usées. Cela fait partie d’un effort plus large visant à trouver de nouvelles façons de décontaminer les effluents résiduaires en utilisant des ingrédients naturels. Nous avons conçu et étudié le comportement de la membrane de coquille d’œuf utilisée pour absorber les contaminants chimiques afin d’atteindre notre objectif.

L’efficacité chimique de la bio-adsorption a été démontrée au laboratoire sur des solutions synthétiques. Le bio-adsorbant susmentionné est efficace pour éliminer un type de colorant : les colorants cationiques (bleu de méthylène)

Plusieurs facteurs qui peut influencer la capacité de sorption, tels que le pH, la concentration de départ, le temps de contact, la température etc.., ont été étudiés.

En premier lieu, nous nous sommes intéressés aux méthodes physico-chimiques de caractérisation. Pour suivre leurs changements de texture et de structure :

• La membrane de coquille d’œuf a une valeur pHPCZ de 7,05, ce qui est neutre.
• Le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote et le soufre se trouvent dans la membrane (M), indiquant et confirmant son origine protéique avec un pourcentage élevé de carbone en poids (46,99 %).
• L’image MEB révèle un réseau de fibres de protéines alignées de manière aléatoire dans la nature amorphe de la membrane.
• La présence d’amines, d’amides I et d’amides II dans la membrane (M) est révélée par analyse infrarouge, confirmant son origine protéique.
• L’analyse de DRX confirme la nature amorphe de la membrane de coquille d’œuf
• Lamembrane se dénature à basse température de 51°C, selon des études
• Le meilleur résultata été obtenu à T = 25°C, selon la recherche de l’effet de la température. La proportion de décoloration de la membrane de la coquille d’œuf augmente avec l’augmentation du pH et meilleure à la vitesse d’agitation égale 50 tr/min
• L’étude de la cinétique a montré que le processus d’adsorption suit le modèle depseudo second ordre
• L’étude des isothermes d’adsorption montre que le modèle de Freundlich est le mieuxadapté.

La membrane se dénature à basse température de 51°C, selon des études thermiques.

Le meilleur résultat a été obtenu à T = 25°C, selon la recherche de l’effet de la température. La proportion de décoloration de la membrane de la coquille d’œuf augmente avec l’augmentation du pH et meilleure à la vitesse d’agitation égale 50 tr/min

L’étude de la cinétique a montré que le processus d’adsorption suit le modèle de pseudo second ordre

L’étude des isothermes d’adsorption montre que le modèle de Freundlich est le mieux adapté.