Valorisation des déchets agricoles des tourteaux d'olives algériens par adsorption de polluants organiques: Etude expérimentale et modélisation
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
Recently, many researchers have proved the capability of waste materials and by-products from the agriculture as adsorbents to remove many types of pollutants including dyes, due to their low coast and their abundance in nature. For this, the present study is focused on the adsorption of Methylene Blue (MB), Yellow Basic 28 (BY28) and Acid Blue 80 (AB80) on agricultural Algerian olive cake waste (AAOCW) as–it–is without any further chemical or physical pretreatment. The effect of different operating parameters such as contact time, dye initial concentration, adsorbent amount and pH on the efficiency of the dye removal by AAOCW was studied. Pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models were used to interpret the kinetic data. Batch isotherm studies were carried out under varying experimental conditions of temperature. Olive cake waste is characterized by several methods (SEM, XRD, FTIR) that show the heterogeneity of adsorbent by its composition in cellulose, hemicelluloses and lignin. The molecular modelling using statistical physics, COSMO-RS and molecular dynamics (DM) were used to understand the interactions between dyes and adsorbents and at the same time identify the different types of interactions involved during the adsorption process. The statistical physics model was used to quantify the number of adsorbed dye molecules per site, the anchorage number, the receptor sites density, the adsorbed quantity at saturation, the concentration at half saturation and the molar adsorption energy.Indeed, a heterogeneous Bimodal-Gauss monolayer model was developed based on statistical physics approach to evaluate the adsorption energy distribution (AED) and then the isosteric heat of adsorption (Qst).The evaluations of AED and Qst showed that the adsorbent-adsorbate interactions occurred before adsorbate-adsorbate ones and aggregates of AB80 molecules were formed during adsorption process. Furthermore, the heterogeneity of AAOCW adsorbent was evaluated from AED and confirmed with Qst analysis showing that the temperature catalyzes the heterogeneity of surface and then different kinds of interaction were occurred during AB80 adsorption. These kinds of interactions were identified by MD and COSMO-RS simulations such as Hydrogen, Van der Waals and electrostatic bonds etc.
Description
Récemment, de nombreux chercheurs ont prouvé la capacité des déchets et des sous-produits de l'agriculture comme des matériaux adsorbants à éliminer de nombreux types de polluants y compris les colorants, en raison de leur faible coût et de leur abondance dans la nature. Pour cela, la présente étude se concentre sur l'adsorption de trois colorants incluant le bleu de méthylène (BM), le jaune basique 28 (JB28) et l'acide bleu 80 (AB80) sur un déchet agricole algérien de grignons d’olive sous sa forme naturelle sans aucun traitement physique ou chimique (GO). Une étude complète de l’influence de différents paramètres opératoires sur le rendement d’élimination de trois colorants par les grignons d’olive (temps de contact, concentration initiale du colorant, quantité d'adsorbant et pH) a été réalisée inclut également une analyse de la cinétique. Deux modèles cinétiques incluant pseudo-premier ordre et pseudo-deuxième ordre ont été utilisés pour analyser les données expérimentales de la cinétique d’adsorption. Des isothermes en batch ont été réalisées à différentes températures pour chaque colorant. Des caractérisations physico-chimiques (MEB, DRX, ATG, FTIR) des grignons d’olive ont été effectuées montrant l’hétérogénéité de l’adsorbant par sa composition en cellulose, hémicelluloses et la lignine. Trois méthodes de simulation numérique à l’échelle moléculaire incluant la physique statistique, COSMO-RS et la dynamique moléculaire (DM) ont été utilisées afin de comprendre les interactions colorant–grignon d’olive et en même temps identifier les différents types d’interactions mises en jeu au cours du processus d’adsorption. Un modèle monocouche de la physique statistique a été utilisé pour quantifier le nombre de molécules de colorant adsorbées par site, le mode d’adsorption de ces molécules sur les grignons d’olive verticale ou perpendiculaire, le nombre de sites occupés par les molécules du colorant (la densité des sites récepteurs), la quantité adsorbée à saturation, la concentration à demisaturation et l'énergie d'adsorption molaire. Par ailleurs, un modèle monocouche bimodal-Gauss hétérogène a été développé sur la base d'une approche de la physique statistique pour évaluer la distribution d'énergie d'adsorption (DEA) puis la chaleur isostérique d'adsorption (Qst). Les évaluations d’ DEA et Qst ont montré que les interactions adsorbant-adsorbat, adsorbat-adsorbat et des agrégats de molécules AB80 ont été formés au cours du processus d'adsorption. En outre, l'hétérogénéité de l'adsorbant GO a été évaluée à partir de DEA et confirmée par Qst montrant que la température catalyse l'hétérogénéité de la surface, puis différents types d'interaction ont eu lieu au cours de l'adsorption des trois colorants. Ces types d'interactions ont été identifiés par des simulations DM et COSMO-RS comme liaison hydrogène, Van der Waals et des liaisons électrostatiques etc