Valorisation des déchets agricoles des tourteaux d'olives algériens par adsorption de polluants organiques : étude expérimentale et modélisation

Abstract

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 demi-saturation 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.