Biochars issus de roseau commun pour l’adsorption du méthylorange en solution aqueuse Common reed biochars for the adsorption of methyl orange in aqueous solution

Résumé

L’industrie textile consomme de grandes quantités d’eau et utilise des colorants organiques pour teindre ses produits commerciaux. Ces colorants synthétiques sont à la fois toxiques et responsables de la coloration des eaux usées, ce qui nécessite de les traiter avant leur rejet. La plupart des colorants ne sont pas biodégradables et une fois rejetés provoquent une altération du milieu aquatique. Parmi les procédés de traitement des rejets liquides, l’adsorption sur charbon actif est une technique facile à mettre en oeuvre et peu onéreuse. L’objectif de cette étude consiste en la préparation de biochars à partir de roseau commun afin d’obtenir un adsorbant applicable pour la décoloration des effluents de l’industrie textile. Le roseau commun (Phragmites australis) de la rivière de Sed–Ksob de M’sila (Algérie) a été valorisé et utilisé comme précurseur pour la fabrication de biochars par activation à l’acide phosphorique. La chimie de surface des matériaux a été caractérisée par titrage sélectif (dosage de Boehm), analyse thermogravimétrique (ATG) et mesure du point de charge nulle (pHpzc). La texture poreuse a été étudiée par l’adsorption du bleu de méthylène (BM) et la mesure de l’indice d’iode. Les résultats de l’analyse ATG et du dosage de Boehm montrent la présence de nombreux groupes fonctionnels de surface sur les biochars. Les teneurs en groupes fonctionnels oxygénés dépendent du rapport d'imprégnation en acide phosphorique, à l'exception de celui obtenu à un rapport d'imprégnation de 150 %. L’adsorption du BM et le test d’indice d’iode indiquent une augmentation de la surface spécifique lorsqu’on augmente le rapport d'imprégnation. Ceci est dû au développement de la microporosité et de la mésoporosité. Les biochars ont été testés pour leur performance d'adsorption vis-à-vis d'un colorant anionique, le méthylorange (MeO). L’influence de différents paramètres expérimentaux a été étudiée : la concentration, le temps de contact et la température. L’étude des isothermes d'adsorption montre que le modèle de Langmuir décrit bien le processus de l’adsorption du MeO sur les biochars préparés. La cinétique d’adsorption peut être décrite par les modèles de pseudo-second ordre et de diffusion dans le film liquide. Le phénomène d’adsorption est de type physique et endothermique.

Mots-clés:

• biochars,
• porosité,
• adsorption,
• groupes fonctionnels de surface,
• roseau commun

Abstract

The textile industry uses large amount of water and organic dyes to tint their products. These synthetic dyes are toxic and cause water coloring. This results in colored wastewater that must be treated before being discharged. In addition, most dyes are not biodegradable, and once released they alter the aquatic environment. Among the processes for treating these effluents, adsorption is an easy and a cost-effective process to implement. The objective of this study is the preparation of biochars from common reed applicable for the discoloration of effluents used in the textile industry. Common reed (Phragmites australis) has been collected from the Sed-Ksob river of M'sila (Algeria) and used as precursor for the production of biochars activated by phosphoric acid. The surface chemistry of the prepared materials has been characterized using selective titration (Boehm assay), TGA analysis and pH of point zero charge (pHpzc) measurements. The porous texture has been investigated by using methylene blue adsorption and iodine number measurements. The results of the TGA analysis and the Boehm assay show the presence of many superficial functional groups on the surface of the biochars. The amount of oxygenated functional groups on all the prepared biochars depends on the impregnation ratio of phosphoric acid, except for the one obtained at 150% impregnation ratio. The adsorption of methylene blue and the iodine test indicate an increase in the specific surface area with an increase in the impregnation ratio due to the development of the microporosity and the mesoporosity. The adsorption properties of methyl orange, an anionic dye, were studied on the prepared biochars as function of concentration, contact time, and temperature. The Langmuir model describes well the equilibrium adsorption of methyl orange on the prepared biochars. The adsorption kinetics are described by the pseudo-second order and the liquid film diffusion models. An endothermic physical adsorption of methyl orange on the prepared biochars has been highlighted.

Key words:

• biochars,
• porosity,
• adsorption,
• functional surface groups,
• common reed