MODÉLISATION DE LA CINÉTIQUE D’ADSORPTION ET DE DIFFUSION DU CHROME (Cr) ET DU CADMIUM (Cd) PAR L’ALGUE

Abstract

La pollution de l’environnement par les métaux lourds est un problème écologique majeur qui prend de plus en plus une dimension alarmante suite à l’industrialisation et au développement des activités anthropiques diverses. Vu que ces métaux sont souvent des polluants toxiques et non biodégradables, il est donc nécessaire de multiplier les efforts de dépollution en mettant en place des moyennes et des procédés de traitement des eaux usées. Dans ce contexte, il existe plusieurs méthodes physiques, chimiques et biologiques pour traiter les effluents pollués tel que la coagulation, la floculation, la filtration membranaire, l’oxydation chimique, l’ozonation, l’échange d’ions, les méthodes électrochimiques et l’adsorption. Dans le présent travail, il est étudié l’adsorption du cadmium et du chrome sur une biomasse algale «Ulva lactuca» abondante sur la côte Atlantique Marocaine, au niveau de la plage de Rabat. Le choix de ce biomatériau est guidé, par des considérations écologiques et économiques, qui poussent toujours à chercher des absorbants naturels, abondants dans la nature et exploitables à l’état brut ou après un traitement simple. Les différentes techniques de caractérisation des matériaux utilisées dans ce travail sont l’infrarouge par transformation de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à balayage (MEB et Teller (BET) ainsi que la spectroscopie d’émission atomique avec plasma couplé par induction ICP-AES). Pour décrire les phénomènes de transport des ions métalliques en solution à traverse les fibres d’algues, il est élaboré un modèle mathématique à partir des lois de Fick. Les résultats obtenus lors de la bio-sorption du cadmium (Cd) et du chrome(Cr) sur la biomasse algale (Ulva lactuca) sont confrontés aux modèles classiques de la cinétique et de l’isotherme. Pour une température t°=20°c, l’adsorption des deux métaux lourds est maximale pendant les première 60 minutes; la quantité adsorbée Qt étant de 3,02 mg/g et 1,08 mg/g respectivement pour le cadmium et le chrome pour atteindre la saturation d’adsorption pour un temps supérieure à 60 minutes. Cette étude a montré aussi que l’adsorption de ces deux métaux est favorisée par un pH acide, pH=3, pour le chrome et des pH compris entre 5 et 6 pour le cadmium. Ces résultats expérimentaux sont mieux décrits par le modèle de Langmuir pour l’isotherme d’adsorption et le modèle de pseudo deuxième ordre pour la cinétique d’adsorption. L’étude des paramètres thermodynamique d’adsorption de cadmium sur la biomasse algale montre que ce processus est exothermique (ΔH° < 0), spontanées (ΔG° < 0) et il est favorisé à basse température. Pour décrire un transfert éventuel d’éléments métalliques (Cr et Cd) en solution vers la masse algale, il est élaboré un modèle mathématique à base des lois de diffusion d’éléments atomiques dans la matière (loi de Fick en coordonnées cylindriques); en tenant compte des conditions aux limites, la résolution analytique de l’équation de diffusion a permis d’exprimer la concentration (Cs) des ions en solution en fonction du temps. Les résultats obtenus montre une cohérence totale entre les résultats expérimentaux et ceux théoriques.