Procédés d'adsorption sur tissus de carbone active, application au traitement des eaux

par Catherine Brasquet

Thèse de doctorat en Chimie. Microbiologie de l'eau

Sous la direction de Pierre Le Cloirec.

Soutenue en 1998

à Pau .

mots clés

• Rayonne -- Adsorption
• Eau -- Épuration

Résumé

Ce travail a pour objet l'etude des procedes d'adsorption d'un materiau recent, les tissus de carbone active, et son application au traitement de l'eau. Une caracterisation physico-chimique de tissus de carbone active ex-rayonne montre que ce sont des materiaux microporeux et de surfaces specifiques elevees, la porosite finale etant fonction des conditions d'activation. Par rapport a un charbon actif en grains, ils developpent d'importantes surfaces externes auxquelles sont directement connectes les micropores. Ces deux specificites permettent d'obtenir des vitesses initiales d'adsorption de micropolluants organiques 2 a 20 fois plus importantes que celles d'un charbon actif en grains, du fait d'une importante surface de contact fluide-solide et d'une diminution de la resistance au transfert intraparticulaire des polluants. Les differences entre les capacites d'adsorption des deux formes d'adsorbant sont moins marquees, meme si l'important reseau microporeux des fibres permet d'obtenir des capacites d'adsorption de l'ordre de 500 mg g#-#1. Une analyse qualitative de ces donnees, appuyee par une relation quantitative entre l'adsorption et la topologie moleculaire des adsorbants, montre que l'adsorption doit avoir lieu entre les plans de base des fibres de carbone active, par des interactions donneur-accepteur d'electrons entre la surface des fibres et le solute. Des composes aromatiques, ou hydrophobes, semblent favorises. L'etude des performances hydro-aerauliques des tissus montre l'influence sur les pertes de charge de caracteristiques specifiques aux structures tissees (armure, nombre d'interstices, etc. ), qui rendent difficiles d'utilisation des modeles classiques d'ecoulement du type ergun. L'application du modele de comiti permet de supposer que l'ecoulement a lieu a l'interieur des fils du tissu. Les capacites d'adsorption obtenues en reacteur continu sont elevees, comprises entre 50 et 250 mg g#-#1 selon le solute, avec un faible front d'adsorption, de l'ordre de 3,2 mm. Les deux comportements dynamiques, ecoulement et adsorption, sont chacun modelises avec succes au moyen d'un reseau neuronal prenant en compte les parametres influencant les processus (respectivement caracteristiques specifiques aux tissus et diffusion intraparticulaire).

Titre traduit

Adsorption onto activated carbon cloth - application to water treatment

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