Absorption des composés phénoliques sur des charbons actiifs

présentée par :
TCHUIFON TCHUIFON Donald Raoul
M.Sc en Chimie Inorganique
Matricule: CM04-07SCI0761
UNIVERSITE DE DSCHANG
*********
ECOLE DOCTORALE
*********
UNITE DE FORMATION DOCTORALE
SCIENCES FONDAMENTALES ET
TECHNOLOGIE
UNIVERSITY OF DSCHANG
*********
POSTGRADUATE SCHOOL
*********
DOCTORATE TRAINING UNIT
FUNDAMENTAL SCIENCES AND
TECHNOLOGY
LABORATOIRE DE CHIMIE DE NUISANCES ET DU GENIE DE L’ENVIRONNEMENT (LACHINGE)
LABORATORY OF NOXIOUS CHEMISTRY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING (LANOCHEE)
1
Sous
La Co-direction de:
ANAGHO Solomon GABCHE et KETCHA Joseph MBADCAM
Maître de Conférences Professeur
DEPARTEMENT DE CHIMIE
Université de Dschang Université de Yaoundé 1

2
Par
M. TCHUIFON TCHUIFON Donald Raoul
(M.Sc en Chimie Inorganique)
LABORATOIRE DE CHIMIE DE NUISANCES ET DU GENIE DE L’ENVIRONNEMENT
LABORATORY OF NOXIOUS CHEMISTRY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING
Université de Dschang
BIENVENUE A CETTE SOUTENANCE DE THESE DE DOCTORAT/ PhD EN CHIMIE INORGANIQUE
WELCOME TO THIS DOCTORATE / Ph.D DEFENCE IN INORGANIC CHEMISTRY
Jury
Président:
NGAMENI Emmanuel, Professeur; (Université de Dschang)
Rapporteurs:
ANAGHO Solomon GABCHE, Maître de Conférences; (Université de Dschang)
KETCHA Joseph MBADCAM, Professeur; (Université de Yaoundé 1)
Membres:
NANSEU NJIKI Charles Péguy, Maître de Conférences; (Université de Yaoundé 1)
NDIKONTAR Maurice KOR, Maître de Conférences; (Université de Bamenda)

THEME
Adsorption des composés phénoliques sur des
charbons actifs préparés par activation chimique des
balles de riz et des marcs de café
3

•INTRODUCTION
•REVUE DE LA LITTERATURE
•METHODES EXPERIMENTALES
•RESULTATS ET DISCUSSION
•CONCLUSION ET PERSPECTIVES
4
PLAN
SOUTENANCE DE LA THESE DE DOCTORAT/Ph.D

- La révolution industrielle a permis l’utilisation des produits chimiques
- Les résidus de ces différents produits posent le problème de pollution (Ansari &
Raefie, 2003) à cause de:
 leur grande variété et du grand nombre de combinaisons chimiques auxquelles
ils peuvent participer
des effets toxiques qu’ils peuvent engendrer
INTRODUCTION GENERALE
5
SOUTENANCE DE LA THESE DE DOCTORAT/PhD

Les recherches se sont orientées vers les procédés de traitements à moindre coût.
L’adsorption sur divers adsorbants (les argiles, les zéolithes, les matériaux lignocellulosiques,
les charbons actifs) voit le jour.
Selon Miranda-Trevino & Coles en 2003, le charbon actif est l’un des matériaux adsorbants
les plus utilisés à cet effet.
Matières premières:
Les cabosses de noix de kola (Ndi et al., 2014)
Les cosses d’arachides (Gueye et al., 2014)
Les épis de maïs (Dina et al., 2012, El-Hendawy et al., 2002)
Les noyaux d’olives (Rodriguez et al., 2008)
Les coquilles de noix de coco (Laine et al., 1989)
6

L’usine de production de riz à travers l’unité de décorticage génère deux types de
déchets:
 le son de riz
les balles de riz
Les balles de riz représentent un poids de 20 % du riz produit, soit environ 6000 t
(pour les 30000 t) de balles de riz en moyenne par an.
L’usine de décorticage du café n’est pas en reste avec d’énormes quantités de
déchets produits.
7

8
Figure 1: Photographie des balles de riz dans un site de décorticage à Ndop

Objectif général
Valoriser les sous-produits agricoles (Balles de riz et marcs de café) par leur
transformation en charbon actif pour l’élimination du phénol et deux de ses dérivés
en solution aqueuse.
Objectifs spécifiques
 Préparer des charbons actifs à partir des balles de riz et des marcs de café;
 Caractériser ces charbons du point de vue de ses propriétés chimiques et physiques;
 Etudier l’influence des paramètres pouvant influencer sur l’adsorption;
 Etablir et modéliser les isothermes, les cinétiques d’adsorption.
9

Types de pollution
la pollution physique
la pollution chimique
la pollution biologique
Origine de la pollution
 Pollution domestique
 Pollution urbaine
 Pollution agricole
 Pollution industrielle
La prévention est donc essentielle et repose sur les trois aspects suivants:
 L’aspect réglementaire qui consiste à fixer les normes;
 L’aspect sanitaire qui porte sur le contrôle technique des installations;
 L’aspect scientifique ou technologique qui porte sur l’amélioration des procédés de
dépollution.
REVUE DE LA LITTERATURE
Pollution et types de pollution
10

11
Techniques de traitement des effluents industriels
Procédés physiques Procédés biologiquesProcédés physico-
chimiques
Procédés chimiques
Adsorption
Techniques
membranaires
Microfiltration
Osmose Inverse
Nanofiltration
Ultrafiltration
Techniques
d’oxydation
avancées
H2O2
Ozonation
Photocatalyse
Coagulation-
floculation
Electrocoagulation
Traitement anaérobie
Traitement aérobie
Techniques
d’oxydation classique
Techniques de lutte contre la pollution en solution aqueuse
Figure 2: Différentes techniques de traitements des eaux usées

Définition et généralités
Le terme ‘adsorption’ fut employé pour la première fois en 1881 par
Kayser pour décrire la prise des gaz par des charbons.
L'adsorption est un phénomène de surface par lequel des molécules
d’un fluide se fixent sur la surface d’un solide (adsorbant) selon divers processus
plus ou moins intenses.
Adsorption
12
Les différents types d’adsorption et matériaux adsorbants
 L’adsorption physique
 L'adsorption chimique

Définition et préparation du charbon actif
Le charbon actif se définit comme tout matériau carboné amorphe préparé de
manière à exhiber un degré de porosité élevé et une surface inter particulaire étendue
(Bansal & Goyal, 2005; Pope, 2001).
La synthèse des charbons actifs repose sur les critères à savoir:
- Le choix de la matière première
- La carbonisation
- L’activation
Les charbons actifs
13
Deux voies de synthèse:
 Voie physique
Carbonisation
Activation
 Voie Chimique
Carbonisation et l’activation se font au même moment

Structures des charbons actifs
Les charbons actifs
C
OH
O
Carboxylique
O
Quinone
O
H
Hydroxyle
C
O
Carbonyle
C C
OO O
Anhydride carboxylique
C O
O
Lactone
O
O
C
O
H R
or
O
H
R
Pyrone
Chromène
Figure 3: Principales fonctions acides des charbons
Figure 4: Principales fonctions basiques des charbons
Figure 5: Différents types de charbons
14

Le phénol
Les adsorbats
- Masse cristalline ou aiguille incolore
- Hygroscopique
- Forte odeur
- Limite olfactive: 0,05 mg/L
Voie de synthèse du phénol
 méthode de Hock
 méthode de Dow
Utilisations du phénol
- Intermédiaire dans l’industrie des matières plastiques (résines phénoliques)
- La synthèse des composés phénoliques comme l’acide salicylique, le chlorophénol et les
alkylphénols
- La fabrication des plastifiants, des adhésifs, du durcisseur, du dissolvant et des isolants 15
O H

Le phénol: voies d’exposition et toxicité du phénol
La présence du phénol dans l’environnement provient des ERI et des flux d’air rejetés lors de
sa production, de sa transformation ou de son utilisation,
La pollution artificielle due au phénol est plus importante que cette naturelle
Les adsorbats
16
Types d’industries Concentration maximale acceptable (mg/L)
Etablissement de soins 0,5
Raffinerie de pétrole et pétrochimie 0,5
Plastic et synthétique < 0,5
Textile 0,01
Fer & acier 0,02
Pharmaceutique 0,5
Tableau 2: Normes de rejet des effluents liquides industriels définies par types d’industries

Les dérivés phénoliques
 Les acides phénoliques
Les composés phénoliques sont présents dans l’environnement par l’apport
des industries pharmaceutiques, pétrochimiques et plastiques
Les adsorbats
17
O H
C O O H
S O 3 H
OH
COOH
Acide salicylique Acide 5-sulfosalicylique

18
Toxicité des acides phénoliques
Nocif: Risque d’effets graves en cas d’exposition prolongée:
- Troubles neurologiques (Coma, convulsions)
- Troubles cardio-vasculaires
- Une nécrose tubulaire rénale
L’intoxication chronique se caractérise par des troubles digestifs (vomissements,
difficultés à avaler, ptyalisme, diarrhée anorexie), nerveux (maux de tête,
évanouissement, vertiges, troubles mentaux) et cutanés.
Les adsorbats

19
METHODES EXPERIMENTALES

Balle de riz
Marc de café
Balles de riz imprégnées
Four de marque INUSU
20
Figure 6: Mode opératoire de préparation des charbons actifs

CAH1 CAH2
CAMH
Balles de riz calcinées Opération de lavage
Charbon actif en poudre
21

CARACTERISATIONS DES DIFFERENTS CHARBONS
 Densité apparente
 L’indice d’iode
 Taux de d’humidité
 pH et pHPCN
 Analyse élémentaire CHNS
 Déterminer des groupes fonctionnels de la surface par la méthode
de dosage de Boehm
 Identifier des groupes fonctionnels de la surface par spectroscopie
IR-TF
Charbon actif en poudre
22

23
Mode opératoire de l’adsorption en mode batch
Paramètres influençant l’adsorption
- Le temps de contact
- La masse de l’adsorbant
- Le pH de l’adsorbat
- La concentration initiale en adsorbat
- La force ionique
- L’adsorption simultanée
Figure 7: Mode opératoire de l’adsorption en milieu dispersif
Analyse du
filtrat
filtration
Opération d’agitation

24
RESULTATS ET DISCUSSION
Caractérisations des charbons actifs préparés
Adsorption du Phe, AS et ASS
Adsorption simultanée des trois composés phénoliques

CAH1 CAH2 CAMH
Densité apparente (Kg/m3) 802 826 744
Indice d’iode (mg/g) 476,25 495,30 590,55
Taux d’humidité (%) 8,86 6,93 8,91
pH 5,20 6,30 3,72
pHPCN 3 3,45 2,30
Caractérisations des charbons actifs
Tableau 4: Propriétés des charbons actifs
25
 CAH1 500°C
 CAH2 450°C
 CAMH (Mélange balle de riz
et marc de café) à 500°C
CAH1 CAH2 CAMH
Rendement de production (%) 57,20 67,78 60,59
Perte de masse (%) 42,80 32,21 39,41
Tableau 3: Rendement et perte de masse issus de la production du charbon actif

Charbons %C %H %N %S Autres*
CAH1 37,26 1,71 0,44 0 60,59
CAH2 38,12 1,57 0,43 0 59,88
CAMH 49,21 1,80 1,44 0 47,55
Tableau 5 : Composition centésimale des différents charbons actifs
Charbons actifs CAH1 CAH2 CAMH
Groupements carboxyliques
(meq/g)
1,092 1,094 1,100
Groupements lactones
(meq/g)
0,544 0,542 0,680
Groupements phénoliques
(meq/g)
0,00 0,00 0,00
Groupements acides
Totaux (meq/g)
1,636 1,636 1,780
Groupements basiques
Totaux (meq/g)
0,00 0,00 00
Caractère du charbon Acide Acide Acide
Tableau 6 : Caractéristiques chimiques des groupements
de surface des différents charbons actifs
26

F:MEASRICE HUSK.0 RICE HUSK Instrument type and / or accessory 09/10/2013
3352.11
2925.66
2858.00
1724.52
1631.35
1604.24
1512.99
1453.70
1420.51
1373.56
1319.31
1033.68
806.34
790.91
779.67
667.59
657.71
586.20
556.53
537.93
522.98
436.99
409.77
500100015002000250030003500
Wavenumber cm-1
0.020.060.100.14
AbsorbanceUnits
Seite 1 von 1
Spectres Infra Rouge des différents charbons
actifs
27
Balle de riz
Marc de café
Figure 8: Spectres IR-TF des biomasses ainsi que celui du
charbon actif CAH1
OH
OHCH
CH
C-O
C-O
C-O
C=O
C=O
C=O
3362.32
1695.55
1585.00
1067.01
795.22
435.95
413.18
391.63
500100015002000250030003500
Wavenumber cm-1
0.050.100.150.200.25
AbsorbanceUnits
OH
CAH1

0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100 120 140
Qt(mg/g)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100 120 140
Qt(mg/g)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Qt(mg/g)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
Adsorption monomoléculaire en mode batch
Influence du temps de contact sur l’adsorption
60 min 100 min
120 min
Figure 9: Influence du temps de contact sur l’adsorption de A, B et C: conditions expérimentales: C0 = 70 mg/L, V = 20 mL, m = 100 mg et à
température ambiante
A: Phe
B: AS
C: ASS
28
Phe = Phénol
As = Acide salicylique
ASS = Acide 5-sulfosalycilique

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250
%éliminé
m (mg)
CAH1
CAH2
CAMH
40
50
60
70
80
90
100
110
0 50 100 150 200 250
%éliminé
m (mg)
CAH1
CAH2
CAMH
B: AS
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
%éliminé
m (mg)
CAH1
CAH2
CAMH
Influence de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption
Figure 10: Influence de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption de A, B et C: conditions expérimentales : C0 = 70 mg/L, V = 20 mL,
A: Phe
C: ASS
29

6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
1 2 3 4 5 6 7 8
Qads(mg/g)
pH
CAH1
CAH2
CAMH
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8
Qads(mg/g)
pH
CAH1
CAH2
CAMH
B: AS
0
2
4
6
8
10
12
14
1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5
Qads(mg/g)
pH
CAH1
CAH2
CAMH
C: ASS
Influence du pH de l’adsorbat sur l’adsorption
Figure 11: Influence du pH de l’adsorbat sur l’adsorption de A, B et C: conditions expérimentales : C0 = 70 mg/L, V = 20 mL, m = 100 mg et à
A: Phe
30

0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Qe(mg/g)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
CAMH
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Qe(mg/g)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
CAMH
B:AS
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70
Qe(mg/g)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
CAMH
C:ASS
Influence de la concentration initiale de l’adsorbat sur l’adsorption
Figure 12: Influence de la concentration initiale de l’adsorbat sur l’adsorption de A, B et C: conditions expérimentales : V = 20 mL, m = 100
mg et à température ambiante
A:Phe
31

CAH1 CAH2 CAMH
Phénol
K1.min-1
0,061 0,081 0,895
Qe (mg.g-1)
3,728 3,096 2,447
R²
0,975 0,948 0,954
Acide salicylique K1.min-1
0,037 0,024 0,032
Qe (mg.g-1)
14,117 15,333 14,655
R²
0,9132 0,9854 0,969
Acide 5-sulfosalicylique K1.min-1
0,024 0,030 0,023
Qe (mg.g-1)
2,896 3,883 4,4929
R²
0,9527 0,9905 0,978
Etudes cinétiques
Modèle cinétique de pseudo-premier ordre
Figure 13: Modèle cinétique de pseudo-premier ordre de A, B et C
Tableau 7: paramètres cinétiques de pseudo-premier ordre
y = -0,0369x + 2,6474
R² = 0,9132
y = -0.024x + 2.73
R² = 0.9854
y = -0.0321x + 2.6848
R² = 0.9692
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
ln(Qe-Qt)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
B: AS
y = -0.0618x + 1.316
R² = 0.9759
y = -0.0818x + 1.1307
R² = 0.9487
y = -0.055x + 0.8951
R² = 0.9543
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 10 20 30 40 50 60
ln(Qe-Qt)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
A: Phe
y = -0.0242x + 1.0632
R² = 0.9527
y = -0.0301x + 1.3566
R² = 0.9905
y = -0.0225x + 1.5025
R² = 0.9777
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 20 40 60 80 100 120
ln(Qe-Qt)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
C: ASS

Adsorbants CAH1 CAH2 CAMH
Phénol
K2(g/min.mg)
0,029 0,046 0,048
Qe (mg/g)
9,091 9,174 9,901
h(mg/min.g)
2,398 4,000 4,739
R²
0,998 0,999 0,999
Acide salicylique
K2 (g/min.mg)
0,004 0,003 0,0041
Qe (mg/g)
26,385 29,412 31,056
h(mg/min.g)
2,640 2,675 3,976
R²
0,9961 0,9894 0,9976
Acide 5-sulfosalicylique
K2(g/min.mg)
0,014 0,0108 0,012
Qe (mg/g)
4,742 5,570 10,834
h(mg/min.g)
0,315 0,360 1,425
R²
0,9918 0,9939 0,9967
y = 0.1108x + 0.4176
R² = 0.9988
y = 0.1099x + 0.2506
R² = 0.999
y = 0.1017x + 0.2115
R² = 0.9994
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70
t/Qt(min.g/mg)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.0379x + 0.3788
R² = 0.9961
y = 0.034x + 0.3739
R² = 0.9894
y = 0.0322x + 0.2515
R² = 0.9976
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 20 40 60 80 100 120
t/Qt(min.g/mg)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.2109x + 3.1784
R² = 0.9918
y = 0.1727x + 2.7466
R² = 0.9939
y = 0.0923x + 0.7019
R² = 0.9967
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100 120 140
t/Qt(min.g/mg)
t (min)
CAH1
CAH2
CAMH
Etudes cinétiques
Modèle cinétique de pseudo-deuxième ordre
Figure 14: Modèle cinétique de pseudo-deuxième ordre de A, B et C
Tableau 8: Paramètres cinétiques de pseudo-deuxième ordre
A: Phe
B: AS
C: ASS
33

y = 1.1046x + 4.1121
R² = 0.9774
y = 0.8893x + 5.3212
R² = 0.9486
y = 0.7625x + 6.4825
R² = 0.9916
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Qt(mg/g)
ln t
CAH1
CAH2
CAMH
y = 4.9118x + 2.3695
R² = 0.9475
y = 4.6771x + 5.0263
R² = 0.9707
y = 4.7697x + 7.5682
R² = 0.9899
7
12
17
22
27
32
1.4 1.9 2.4 2.9 3.4 3.9 4.4 4.9
Qt(mg/g)
ln t
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.8719x + 0.1014
R² = 0.9885
y = 1.077x + 0.0171
R² = 0.9793
y = 1.3952x + 3.6506
R² = 0.987
0
2
4
6
8
10
12
1.3 1.8 2.3 2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 5.3
Qt(mg/g)
ln t
CAH1
CAH2
CAMH
Phénol
β(g/mg)
0,905 1,125 1,312
α(mg/g.min)
45,703 352,965 3754,258
t0(min)
0,024 0,0025 0,0002
R²
0,9774 0,9486 0,9916
Acide salicylique
β(g/mg)
0,204 0,214 0,220
α(mg/g.min)
7,957 13,699 25,154
t0(min)
0,617 0,341 0,181
R²
0,9475 0,9707 0,9899
β(g/mg)
1,147 0,929 0,717
α(mg/g.min)
0,979 1,094 19,095
t0(min) 0,890 0,984 0,073
R²
0,9870 0,9793 0,9885
Etudes cinétiques
Modèle cinétique d’Elovich
Figure 15: Modèle cinétique d’Elovich de A, B et C
Tableau 9: Paramètres cinétiques d’ElovichA: Phe
B: AS
C:ASS
34

y = 0.6226x + 4.5839
R² = 0.9572
y = 0.2036x + 6.9629
R² = 0.9675
y = 0.5782x + 5.4426
R² = 0.9481
y = 0.1029x + 7.9853
R² = 0.2939
y = 0.4885x + 6.6309
R² = 0.9848
y = 0.2417x + 7.7243
R² = 0.9728
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
2 3 4 5 6 7 8 9
Qt(mg/g)
t0,5 (min0.5)
CAH1
CAH2
CAMH
y = 3.0096x + 3.4508
R² = 0.9549
y = 0.5839x + 18.079
R² = 0.9189
y = 1.9272x + 9.7019
R² = 0.9638
y = 1.4278x + 13.244
R² = 0.955
y = 2.6276x + 9.8448
R² = 0.9473
y = 1.0096x + 19.232
R² = 0.9334
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Qt(mg/g)
t0,5 (min0.5)
CAH1
CAH2
CAMH
B:AS
y = 0.399x + 0.8214
R² = 0.9722
y = 0.2366x + 1.7735
R² = 0.9351
y = 0.4796x + 0.9425
R² = 0.9943
y = 0.2172x + 2.8414
R² = 0.9947
y = 0.6486x + 4.7543
R² = 0.9857
y = 0.3507x + 6.5904
R² = 0.9464
0
2
4
6
8
10
12
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Qt(mg/g)
t0,5 (min0.5)
CAH1
CAH2
CAMH
C: ASS
Phénol
Kid1 (mg/g.min0.5) 0,6226 0,5782 0,4885
C1 (mg/g) 4,5839 5,4426 6,6309
R² 0,9572 0,9481 0,9848
Kid2 (mg/g.min0.5) 0,2036 0,1029 0,2417
C2 (mg/g) 6,9629 7,9853 7,7243
R² 0,9675 0,2939 0,9728
Acide salicylique
Kid1 (mg/g.min0.5) 3,0096 1,9272 2,6276
C1 (mg/g) 3,4508 9,7019 9,8448
R² 0,9549 0,9638 0,9478
Kid2(mg/g.min0.5) 0,5839 1,4278 1,0096
C2 (mg/g) 18,079 13,244 19,232
R² 0,9189 0,955 0,9334
Kid1 (mg/g.min0.5) 0,3990 0,4796 0,6486
C1 (mg/g) 0,8218 0,9425 4,7543
R² 0,9722 0,9943 0,9857
Kid2 (mg/g.min0.5) 0,2366 0,2172 0,3507
C2 (mg/g) 1,7735 2,8414 6,5904
R² 0,9351 0,9947 0,9464
Etudes cinétiques
Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire
Figure 16: Modèle cinétique de diffusion intraparticulaire de A, B et C
Tableau 10: Paramètres cinétiques de diffusion intraparticulaire
A: Phe

- La chimisorption et la physisorption participent à l’adsorption de ces différents
composés
- L’adsorption est rapide dès les premières minutes
- La diffusion n’est pas le seul moyen de transport des adsorbats à la surface de
ces charbons
- Les charbons possèdent les sites d’adsorption d’énergies différentes
Etudes cinétiques
36

y = 0.0522x + 1.8722
R² = 0.9866
y = 0.0626x + 1.0856
R² = 0.9802
y = 0.0577x + 0.6178
R² = 0.978
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Ce/Qe(g/L)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.0426x + 0.0362
R² = 0.9999
y = 0.0388x + 0.0294
R² = 0.9999
y = 0.0331x + 0.0395
R² = 0.9965
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Ce/Qe(g/L)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
CAMH
B: AS
y = 0.0906x + 0.1739
R² = 0.9984
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 5 10 15 20 25 30 35
Ce/Qe(g/L)
Ce (mg/L)
CAMH
y = 0.1689x + 2.6149
R² = 0.9929
y = 0.1633x + 2.5071
R² = 0.9893
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
19 24 29 34 39 44 49 54 59 64
Ce/Qe(g/L)
Ce (mg/L)
CAH1
CAH2
Polluants Constantes CAH1 CAH2 CAMH
phénol
KL (L/mg) 0,028 0,056 0,924
Qm (mg/g) 19,230 16,390 17,540
R² 0,986 0,967 0,978
RL 0,0197 0,01166 0,0007
Acide salicylique
KL (L/mg) 1,177 1,320 0,838
Qm (mg/g) 23,474 25,773 30,211
R² 0,9999 0,9999 0,9965
RL 0,00859 0,00766 0,0007
Acide 5- sulfo-
salicyliqe
KL (L/mg) 0,065 0,065 0,521
Qm (mg/g) 5,921 6,124 11,038
R² 0,9929 0,9893 0,9984
RL 0,1589 0,1578 0,0228
Etudes d’isothermes
Tableau 11: Paramètres de Langmuir pour l’adsorption des composés phénoliques
Modèle d’isotherme de Langmuir
Figure 17: Linéarisation du modèle d’isotherme de Langmuir de A, B et C
A: Phe C:ASS
37

y = 0.58x + 0.1821
R² = 0.9811
y = 0.4276x + 0.8512
R² = 0.9736
y = 0.3916x + 1.2321
R² = 0.9654
1.5
1.7
1.9
2.1
2.3
2.5
2.7
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4
lnQe
ln Ce
y = 0.0432x + 2.9786
R² = 0.9585
y = 0.0591x + 3.0269
R² = 0.8168
y = 0.0949x + 3.059
R² = 0.8853
3
3.05
3.1
3.15
3.2
3.25
3.3
3.35
3.4
3.45
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
lnQe
ln Ce
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.3059x + 0.3125
R² = 0.956
y = 0.3015x + 0.3647
R² = 0.9417
1.2
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5
1.55
1.6
1.65
3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2
lnQe
ln Ce
CAH1
CAH2
y = 0.1445x + 1.8648
R² = 0.9688
2
2.05
2.1
2.15
2.2
2.25
2.3
2.35
2.4
1 1.5 2 2.5 3 3.5
lnQe
ln Ce
CAMH
Phénol
Kf 1,200 2,296 3,428
Qe (mg/g) 16,5719 16,5227 20,1228
1/n 0,580 0,436 0,391
R2
0,986 0,967 0,978
Acide salicylique
Kf 19,482 20,633 21,306
Qe (mg/g) 23,7504 27,0557 32,9224
1/n 0,0432 0,0591 0,0949
R2 0,9585 0,8168 0,8853
Acide 5- sulfo-
salicyliqe
Kf 1,3668 1,4401 6,4546
Qe (mg/g) 5,2601 5,4358 12,1996
1/n 0,3059 0,3015 0,1445
R2 0,9560 0,9417 0,9688
Modèle d’isotherme de Freundlich
Figure 18: Linéarisation du modèle d’isotherme de Freundlich de A, B et
Tableau 12: Paramètres de Freundlich pour l’adsorption des composés phénoliquesA:Phe
B:AS
C:ASS
38
𝐾𝑓 = 𝑄 𝑚 𝐶0
1
𝑛

y = 4.6373x - 7.019
R² = 0.995
y = 3.7662x - 2.7223
R² = 0.968
y = 3.9453x - 0.6126
R² = 0.9567
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4
Qe(mg/g)
ln Ce
CAH1
CAH2
CAMH
y = 0.961x + 19.506
R² = 0.9613
y = 1.4072x + 20.426
R² = 0.8259
y = 2.5088x + 20.812
R² = 0.8893
20
22
24
26
28
30
32
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Qe(mg/g)
ln Ce
CAH1
CAH2
CAMH
y = 1.2416x - 0.3351
R² = 0.9588
y = 1.2663x - 0.2717
R² = 0.9422
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2
Qe(mg/g)
ln Ce
CAH1
CAH2
y = 1.3025x + 6.0615
R² = 0.9702
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
1 1.5 2 2.5 3 3.5
Qe(mg/g)
ln Ce
CAMH
Phénol
ΔQ (kJ/mol) 10,273 10,783 11,016
K 0,220 0,485 0,856
R² 0,995 0,968 0,956
Acide salicylique
ΔQ (kJ/mol) 60,519 45,377 29,835
K 5,17x108 2,01x106 4,01x103
R² 0,9613 0,8259 0,8896
Acide 5-sulfosalicyliqe ΔQ (kJ/mol) 11,815 11,981 20,995
K 0,764 0,807 104,978
R² 0,9588 0,9422 0,9702
Modèle d’isotherme de Temkin
A:Phe
B:AS
C:ASS
Tableau 13: Paramètres de Temkin pour l’adsorption des composés phénoliques
Figure 19: Linéarisation du modèle d’isotherme de Temkin de A, B et C 39

 L’adsorption est favorable entre les charbons actifs et les différents polluants
de ce travail
 L’existence de différents types de sites d’adsorption d’énergies différentes
 Une bonne affinité entre l’adsorbant et l’adsorbat
 Phénomène d’adsorption exothermique
40

0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
Qe(mg/g)
NaCl
CAH1
CAH2
CAMH
0
5
10
15
20
25
30
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
Qe(mg/g)
NaCl
CAH1
CAH2
CAMH
B: AS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
Qe(mg/g)
NaCl
CAH1
CAH2
CAMH
Influence de la force ionique
Influence de la concentration du NaCl sur l’adsorption
Figure 20: Influence de la quantité de NaCl sur l’adsorption de A, B et C
A: Phe
C: ASS
41

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Qt(mg/g)
temps (min)
Phénol
Acide salicylique
Acide salicylique sulfonique
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Qt(mg/g)
t (min)
Phénol
Acide salicylique
Acide salicylique sulfonique
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Qt(mg/g)
t (min)
phénol
acide salicylique
acide salicylique sulfonique
Adsorption simultanée des trois composés phénoliques en solution aqueuse
Influence du temps de contact sur l’adsorption
60 min 50 min
50 min
CAH1 CAH2
CAMH
Figure 21: Influence du temps de contact sur l’adsorption simultanée des
composés A, B et C: conditions expérimentales : C0 = 70 mg/L, V = 20 mL,
m = 100 mg et à température ambiante
42

0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
%Adsorbé
m (mg)
Phénol
Acide Salicylique
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
%Adsorbé
m (mg)
Phénol
Acide Salicylique
Acide 5-Sulfosalicylique
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
%adsorbé
m (mg)
Phénol
Acide Salicylique
Influence de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption
CAH1 CAH2
CAMH
Figure 22: Influence de la masse de l’adsorbant sur l’adsorption simultanée
de A, B et C: condition: C0 = 70 mg/L, V = 20 mL, température ambiante
43

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120 140
Qe(mg/g)
Ce (mg/L)
Phénol
Acide Salicylique
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140
Qe(mg/g)
Ce (mg/g)
Phénol
Acide salicylique
acide 5-sulfosalicylique
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140
Qe(mg/g)
Ce (mg/g)
Phénol
Acide Salicylique
Influence de la concentration initiale de l’adsorbat sur l’adsorption
CAH1 CAH2
CAMH
Figure 23: Influence de la concentration initiale de l’adsorbat sur
l’adsorption simultanée de A, B et C: conditions expérimentales : V = 20 mL
m = 100 mg et à température ambiante
44

Adsorbants Phe AS ASS
Modèle Cinétique
de pseudo second
ordre
CAH1
K2(g/min.mg) 0,0255 0,0086 0,0132
Qe (mg/g) 9,7466 14,9925 16,2602
h(mg/min.g) 2,4242 1,9268 3,4843
R² 0,9978 0,9946 0,9968
CAH2
K2 (g/min.mg) 0,0152 0,0083 0,0111
Qe (mg/g) 11,3636 16,9492 17,8253
h(mg/min.g) 1,9658 2,3793 3,5249
R² 0,9913 0,9882 0,9929
CAMH
K2(g/min.mg) 0,0288 0,0127 0,0169
Qe (mg/g) 12,7065 20,5339 21,0526
h(mg/min.g) 4,6468 5,3619 7,4963
R² 0,9993 0,9985 0,9991
Modèle d’Elovich
CAH1
β(g/mg) 0,7411 0,3463 0,4138
α(mg/g.min) 23,7792 5,4911 24,5699
t0(min) 0,0567 0,5259 0,0984
R² 0,9892 0,9854 0,9852
CAH2
β(g/mg) 0,5837 0,3438 0,3933
α(mg/g.min) 13,0004 9,6154 29,8737
t0(min) 0,1318 0,3025 0,0851
R² 0,9791 0,9705 0,9733
CAMH
β(g/mg) 0,7526 0,3642 0,4360
α(mg/g.min) 246,8180 61,8706 298,8596
Adsorption simultanée de trois composés en solution aqueuse
Au regard des valeurs des
différents coefficients de corrélations
proche de l’unité, ces résultats plaident
en faveur d’une chimisorption,
De l’existence des sites
d’adsorption de différentes énergies,
L’adsorption rapide pour les
premières minutes,
Tableau 14: Constantes cinétiques d’adsorption simultanée des trois composés
45

Adsorbants Phe AS ASS
Modèle linéaire de
Langmuir
CAH1
KL (L/mg) 0,0215 0,1088 0,0357
Qe (mg/g) 14,6412 18,7617 22,8311
R² 0,9555 0,9993 0,9966
CAH2
KL (L/mg) 0,0222 0,0937 1,1174
Qe (mg/g) 15,0602 20,9205 24,8756
R² 0,9559 0,9934 0,9307
CAMH
KL (L/mg) 0,0654 0,2259 0,0938
Qe (mg/g) 13,6426 23,0947 25,3807
R² 0,998 0,9997 0,9996
Modèle linéaire de
Freundlich
CAH1
KF (mg1-1/nL1/n/g) 1,8515 9,1834 5,5146
1/n 0,3654 0,1384 0,2548
R² 0,8195 0,9916 0,9852
CAH2
KF (mg1-1/nL1/n/g) 2,5548 9,2331 7,5459
1/n 0,3033 0,158 0,2150
R² 0,8641 0,9234 0,6136
CAMH
KF (mg1-1/nL1/n/g) 5,9376 14,0455 11,5883
1/n 0,1491 0,1036 0,9611
R² 0,9481 0,9611 0,9584
Adsorption simultanée de trois composés en solution aqueuse
L’adsorption s’effectue en
monocouche et une fois une molécule
fixée, il est difficile de lui substituer sa
place
L’existence des répulsions entre les
différents adsorbats qui a pour
conséquence la baisse de la quantité de
chaque polluant fixé
Une bonne affinité entre l’adsorbat
et adsorbant
Tableau 15: Constantes d’isotherme d’adsorption simultanée des trois composés
46

47
CONCLUSION ET
PERSPECTIVES

Valoriser les sous-produits agricoles par leur transformation en charbon actif pour
l’élimination du phénol et deux de ses dérivés en solution aqueuse.
 Les rendements de la production des charbons obtenus sont dans la gamme de
67,78 – 57,20 % et varient avec la température.
L’indice d’iode des charbons sont comprises entre 475 et 600 mg/g indiquant les
matériaux possédant un nombre important de micropores.
 Les valeurs de pH obtenues de 5,20 ; 6,30 et 3,72 respectivement pour CAH1, CAH2
et CAMH.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Conclusion
48

Les quantités adsorbées par les trois matériaux augmentent avec le temps et
avec la concentration du polluant en solution
Le classement du pouvoir adsorbant de ces matériaux est le suivant: CAMH >
CAH2 > CAH1
L’étude cinétique du processus a montré que la physisorption et la
chimisorption sont en compétition
49
Conclusion

Pour l’adsorption simultanée
 La quantité adsorbée baisse car il y a compétition entre les molécules pour
se fixer à la surface du matériau
 Compétition entre la physisorption et la chimisorption
La concentration en adsorbat en solution influence de façon significative
sur le pourcentage d’adsorption
Conclusion
50

 une bonne affinité entre les différents charbons et les polluants testés
dans le cadre de ce travail,
Ces charbons actifs peuvent être utilisés pour le traitement des eaux usées
et polluées
Conclusion
51

Nous comptons tester ces charbons sur d’autres polluants car les molécules testées
ici ne sont pas représentatives de l’ensemble des composés présents dans les
effluents au cœur de la problématique du traitement des eaux
Les industries travaillant en système continu, il sera question pour nous de faire
l’adsorption en colonne afin que nos résultats puissent servir avec succès en
entreprise
Optimiser la préparation du charbon en utilisant d’autres agents activants et si
possible faire les synthèses par voies physiques,
Désorber les polluants fixés sur ces charbons afin de recycler ces derniers.
Perspectives
52

ADSORPTION OF PHENOLIC COMPOUNDS ONTO ACTIVATED CARBONS PREPARED
BY THE CHEMICAL ACTIVATION OF RICE HUSK AND COFFEE CHAFF
ABSTRACT
DOCTORATE/PhD DEFENCE
The removal of phenolic compounds in aqueous solution by activated carbon has been studied in
batch mode. Activated carbon preparation was the first step of this work. The activated carbons
CAH1, CAH2 and CAMH were obtained by chemical activation of rice husks and coffee chaff with
phosphoric acid in an impregnation ratio of 18.5% at temperatures of 450°C and 500°C.
The iodine number of carbon was between 475 and 600 mg/g indicating materials having a large
number of micropores. pH values of 5.20; 6.30 and 3.72 respectively for CAH1, CAH2 and CAMH and
the Boehm titration show the presence of the carboxylic groups and lactones on the carbon surface
give their acidic character.

ABSTRACT
DOCTORATE/PhD DEFENCE
The influence of several parameters such as contact time, mass of material, pH of solution and initial
concentration was studied. The equilibrium of adsorption depends on the pollutant and is proportional to its
molecular weight regardless of the material.
The highest adsorption capacity varies between 16 to 20 mg/g for the adsorption of phenol, between 23-32
mg/g for the adsorption of salicylic acid and between 5 to 12 mg/g for the adsorption of 5-sulfosalicylic acid
on CAH1, CAH2 and CAMH materials. The adsorption energy values obtained by the Temkin isothermal model
were between 10 and 60 kJ/mol indicating an exothermic adsorption.
During the simultaneous adsorption of the three compounds in the same solution, the adsorbed amount of
each pollutant reduces by 30% due to hydrogen bonding that between the different pollutants.
The values of the quantities adsorbed show that rice husks and coffee chaff can be used as source materials for
the preparation of activated carbon for removing organic compounds from industrial waste water.

• 1-Tchuifon Tchuifon D. Raoul, Anagho S. Gabche., Ketcha J. Mbadcam., Nche G. Ndifor-Angwafor And Ndi J. Nsami,
2014. Kinetics and equilibrium studies of adsorption of phenol in aqueous solution onto activated carbon prepared
from rice and coffee husks. International Journal of Engineering and Technical Research 2(10), 166-173. ISSN: 2321-0869
• 2- Tchuifon Tchuifon Donald Raoul, Anagho Solomon Gabche, Nche George Ndifor A and Ketcha Joseph Mbadcam,
2015. Adsorption of salicylic and sulfosalicylic acid onto powdered Activated Carbon prepared from Rice and Coffee
Husks. International Journal of Current Engineering and Technology 5(3), 1641-1652. E-ISSN 2277 – 4106
COMMUNICATION ORALE
Tchuifon et al, (2015). Etudes de l'adsorption du phénol par des charbons actifs
préparés à partir des balles de riz et des marcs de café. 8ème Journée de Chimie
Analytique (JCA), tenue les 30 Septembre, 1er et 2 Octobre 2015 à l’Université de
Douala
PUBLICATIONS & COMMUNICATION
55

 L’Université de Dschang,
 La TWAS et l’IFS via le Professeur TONLE K. Ignas,
 Le Professeur Pettinari et le Professeur NGOUNE Jean pour les analyses CHNS des
différents charbons actifs,
 Tous les membres du jury,
 Les enseignants du Département de Chimie pour tous les échanges que nous avons eu
durant ces années de recherches.
REMERCIEMENTS
56

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