Étude de la sorption du cadmium et du malonate sur la calcite : effets synergiques en système ternaire

par Zhenxuan Li

Thèse de doctorat en Géosciences, Écologie, Paléontologie et Océanographie

Sous la direction de Michel Dubois et de Annette Hofmann.

Soutenue le 27-09-2010

à Lille 1 .


  • Résumé

    La sorption du cadmium sur la calcite est étudiée en système ternaire, en présence, simultanément d’un ligand organique (malonate) et du cadmium. D’abord nous avons étudié l’interaction entre le malonate et la calcite. L’influence du malonate sur la solubilité de la calcite, le signal du malonate en spectroscopie infrarouge et enfin la modélisation des isothermes d’adsorption par un modèle de complexation de surface à trois plans (CD-MUSIC) nous ont permis de proposer un modèle pour la spéciation du malonate à la surface de la calcite et d’estimer quantitativement l’adsorption. Ensuite, nous avons étudié la sorption du cadmium sur la calcite, respectivement en absence et en présence de malonate. En absence de malonate, l’adsorption du cadmium donne lieu à une isotherme classique, de valeurs connues. La modélisation néanmoins révèle quelques difficultés de paramètrage. L’étude de la sorption en réacteur à écoulement continu sous conditions proches de l’équilibre CaCO3-H2O-CO2 met en évidence une parfaite réversibilité adsorption/désorption du cadmium. Notons que aucune expérience de sorption ne dépassait une durée totale de 60 heures. En présence de malonate, expériences et modélisations indiquent un effet négatif du malonate sur la sorption du cadmium. La cinétique de sorption est notablement ralentie et le cadmium est, en partie, fixé plus fortement à la surface. Les résultats tendent à montrer que la présence de malonate ralentit considérablement l’atteinte d’un équilibre de sorption du cadmium sur la calcite.

  • Titre traduit

    Cadmium and malonate sorption by calcite : synergetic effects in the ternary system


  • Résumé

    The sorption of cadmium by calcite was studied in a ternary system, with an organic ligand (malonate) and cadmium simultaneously present in solution. First we studied the interaction between malonate and calcite. The influence of malonate on the solubility of calcite, malonate spectra in infrared spectroscopy, and the modelling of isotherms by a 3-plane surface complexation model (CD-MUSIC) allowed us to propose a model for the speciation of malonate at the surface of calcite and to estimate adsorption quantitatively. In a second step, we have studied the sorption of cadmium by calcite, without and with malonate respectively. When malonate was not present, cadmium sorption by calcite gave rise to an isotherm with known values. Modelling however revealed some difficulties with parametrisation. Studying sorption under continuous flow in a “Stirred Flow Through Reactor” under conditions close to CaCO3-H2O-CO2 equilibrium, showed perfectly reversible adsorption/desorption of cadmium. Note that sorption experiments were conducted over 15 to 60 hours at maximum. When malonate was present, experiments and modelling indicated that malonate reduced the sorption of cadmium. Sorption kinetics were significantly lower and cadmium, in part, sorbed more strongly on the calcite surface. The results tend to show that the presence of malonate slows down the reach of sorption equilibrium of cadmium with calcite.

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