{"id":36053,"date":"2023-02-16T08:23:07","date_gmt":"2023-02-16T08:23:07","guid":{"rendered":"https:\/\/mineralmilling.com\/charbon-actif-elimination-des-metaux-lourds\/"},"modified":"2024-09-18T14:02:35","modified_gmt":"2024-09-18T12:02:35","slug":"charbon-actif-elimination-des-metaux-lourds","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mineralmilling.com\/fr\/charbon-actif-elimination-des-metaux-lourds\/","title":{"rendered":"Charbon actif : \u00e9limination des m\u00e9taux lourds"},"content":{"rendered":"\n

\n\tCharbon actif : \u00e9limination des m\u00e9taux lourds\n\t<\/h2>\n\t

Dans la deuxi\u00e8me d’une s\u00e9rie de cinq sur les applications du charbon actif, l’utilisation du charbon actif pour s\u00e9questrer les m\u00e9taux lourds est examin\u00e9e. Les m\u00e9taux lourds, par exemple le cadmium et le plomb, sont notoirement difficiles \u00e0 \u00e9liminer de la solution et il y a de graves cons\u00e9quences s’ils se retrouvent dans les cours d’eau, l’eau potable ou la mer. Le charbon actif fait partie de la solution.<\/em><\/p>\n

\n\tIntroduction\n\t<\/h2>\n\t

Les m\u00e9taux lourds sont dans de nombreux cas toxiques pour les plantes et la vie aquatique. Le ruissellement provenant des pratiques mini\u00e8res, les sites de d\u00e9chets mal g\u00e9r\u00e9s et l’activit\u00e9 industrielle sous-r\u00e9glement\u00e9e peuvent rendre les cours d’eau et les sols qui en r\u00e9sultent incapables d’\u00eatre utilis\u00e9s. Il est imp\u00e9ratif que les m\u00e9taux lourds soient \u00e9limin\u00e9s d\u00e8s que possible – pour pr\u00e9venir les maladies et les dommages environnementaux. L’utilisation d’un filtre \u00e0 charbon actif est l’une des m\u00e9thodes les plus efficaces, fiables et r\u00e9silientes pour immobiliser les m\u00e9taux lourds. Les autres sources de m\u00e9taux lourds dans l’eau comprennent les intemp\u00e9ries des b\u00e2timents (en particulier le cuivre et le fer), les \u00e9missions des v\u00e9hicules et les installations de plomberie. La principale m\u00e9thode de filtration est l’exclusion de taille par adsorption. De nombreux m\u00e9taux lourds sont bien adapt\u00e9s \u00e0 la filtration au CAG en raison de leurs propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectroniques compl\u00e9mentaires (telles que l’\u00e9lectron\u00e9gativit\u00e9) et de leur taille atomique.<\/p>\n\t\t\t\t\"photo\n

\n\tAjout d’un filtre \u00e0 charbon\n\t<\/h2>\n\t
\n Les filtres \u00e0 charbon actif<\/a>
\n<\/u> peuvent \u00eatre utilis\u00e9s de plusieurs fa\u00e7ons. Filtration en ligne dans le cadre d’une strat\u00e9gie de traitement industriel ou comme m\u00e9thode de post-traitement o\u00f9 les eaux stagnantes ou us\u00e9es sont pass\u00e9es \u00e0 travers un filtre \u00e0 charbon actif avant tout autre traitement. Il est important de noter que d’autres traitements sont g\u00e9n\u00e9ralement n\u00e9cessaires pour s’assurer que l’eau est apte \u00e0 retourner dans les rivi\u00e8res ou la mer. Cela se fait de mani\u00e8re traditionnelle, tout comme la fa\u00e7on dont les eaux us\u00e9es domestiques sont trait\u00e9es.\n

Les d\u00e9chets industriels sont les principales sources de contamination par les m\u00e9taux lourds. Les ions chrome(iii) sont une caract\u00e9ristique commune dans les eaux us\u00e9es provenant des tanneries. En raison de la pr\u00e9valence de leurs emplacements dans les pays en d\u00e9veloppement, certains traitements de l’eau peuvent avoir \u00e9t\u00e9 historiquement m\u00e9diocres. Deux types de charbon actif granulaire commercial ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9montr\u00e9s dans la recherche pour \u00e9liminer 98,6 et 93% du chrome pr\u00e9sent dans les eaux us\u00e9es(1). Ce taux de r\u00e9ussite \u00e9lev\u00e9 est directement attribu\u00e9 \u00e0 la surface.<\/p>\n

La pr\u00e9sence de fer et de mangan\u00e8se dans les eaux souterraines pr\u00e9sente des probl\u00e8mes similaires \u00e0 ceux du chrome. Ces eaux souterraines sont souvent rouge\u00e2tres en raison de l’oxydation. Lorsque les eaux souterraines ont \u00e9t\u00e9 trait\u00e9es avec du charbon actif granulaire, l’eau est devenue presque compl\u00e8tement claire en aussi peu que six heures \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, le CAG ayant \u00e9limin\u00e9 jusqu’\u00e0 3,60 et 2,55 mg de fer et de mangan\u00e8se respectivement par gramme de carbone(2). Le Fe et le Mn sont particuli\u00e8rement adapt\u00e9s \u00e0 l’\u00e9limination par CAG en raison de leurs \u00e9lectron\u00e9gativit\u00e9s et de leurs rayons atomiques.<\/p>\n

Les mati\u00e8res plus dangereuses comprennent le cadmium et le plomb. Des \u00e9tudes de simulation sur leur \u00e9limination ont sugg\u00e9r\u00e9 que l’utilisation du CAG est efficace lorsqu’elle est d\u00e9ploy\u00e9e dans une colonne \u00e0 lit fixe (destin\u00e9e \u00e0 reproduire la filtration constante en ligne), avec une \u00e9limination presque compl\u00e8te(3). En appliquant ces id\u00e9es dans le monde r\u00e9el, les chercheurs ont pu montrer que le CAG peut immobiliser – et donc \u00e9liminer – le cadmium et le plomb, en plus du cuivre et du chrome, des s\u00e9diments fluviaux. Les chercheurs ont not\u00e9 que la taille id\u00e9ale des pores pour cet exemple du monde r\u00e9el \u00e9tait de l’ordre de 0,075 \u00e0 0,18 mm. Comme d’autres recherches, les auteurs ont \u00e9mis l’hypoth\u00e8se qu’une combinaison de degr\u00e9 \u00e9lev\u00e9 de porosit\u00e9 et de propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectroniques compatibles a jou\u00e9 un r\u00f4le d\u00e9terminant dans l’\u00e9limination efficace(4).<\/p>\n

Lorsqu’il est d\u00e9pos\u00e9 sur d’autres types de carbone tels que les nanotubes de carbone et les nanoparticules magn\u00e9tiques encapsul\u00e9es dans du carbone, le CAG peut \u00e9galement \u00eatre efficace pour \u00e9liminer les ions cobalt de la solution. Les auteurs notent toutefois que la greffe sur d’autres types de carbone est b\u00e9n\u00e9fique pour le CAG, mais l’ajout de CAG aux nanotubes, par exemple, n’augmenterait pas le comportement d’adsorption de ces nanotubes(5). Malgr\u00e9 cela, les auteurs indiquent clairement que la taille des particules du contaminant est un arbitre cl\u00e9 pour d\u00e9terminer s’il peut ou non \u00eatre \u00e9limin\u00e9 par filtration.<\/p>\n\t\t\t\t\"processus\n\t\t\t\t\"gouttelettes\n

\n\tFiltres \u00e0 charbon actif granul\u00e9 en milieu biologique\n\t<\/h2>\n\t

Les m\u00e9taux lourds ont tendance \u00e0 ne pas bien jouer avec les syst\u00e8mes biologiques (\u00e0 l’exclusion de ceux directement impliqu\u00e9s, bien s\u00fbr) et leur \u00e9limination est donc essentielle.<\/p>\n

L’utilisation de syst\u00e8mes biologiques pour am\u00e9liorer l’\u00e9limination avec le CAG a \u00e9t\u00e9 d\u00e9montr\u00e9e lors de l’utilisation de levure. Cette combinaison CAG-biosorbant s’est av\u00e9r\u00e9e efficace pour \u00e9liminer le cadmium, le cuivre et le zinc de la solution. Lors de l’utilisation du filtre h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne combin\u00e9 CAG-levure-alginate, environ 90 % des ions m\u00e9talliques sont \u00e9limin\u00e9s de la solution(6). D’autres proc\u00e9d\u00e9s de bio-adsoprtion avec du charbon actif granulaire se sont r\u00e9v\u00e9l\u00e9s appropri\u00e9s pour l’\u00e9limination de divers m\u00e9taux lourds des eaux us\u00e9es trait\u00e9es primairement. Une dose de CAG de 5 g de L-1<\/sup> \u00e9tait responsable de 54 % et de 96 % de l’\u00e9limination des contaminants par adsorption et bioadsorption, respectivement(7).<\/p>\n

Les ions plomb et nickel peuvent \u00eatre \u00e9limin\u00e9s de la solution aqueuse et du ruissellement gr\u00e2ce \u00e0 l’utilisation d’un r\u00e9acteur discontinu de s\u00e9quen\u00e7age utilisant des boues biologiques et du charbon actif granulaire. Ce syst\u00e8me compos\u00e9 est \u00e0 bien des \u00e9gards similaire \u00e0 un r\u00e9acteur \u00e0 lit fixe, bien qu’il diff\u00e8re par son h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 et sa temp\u00e9rature de fonctionnement. Fait int\u00e9ressant, l’adsorption des contaminants a augment\u00e9 avec un temps de r\u00e9tention hydraulique plus long. C’est-\u00e0-dire que plus le temps pass\u00e9 dans le filtre est long, meilleur est le retrait. Il faut s’y attendre, jusqu’\u00e0 la capacit\u00e9 totale du filtre. Plus de 800 et 750 mg de nickel et de plomb respectivement sont facilement \u00e9limin\u00e9s par gramme de charbon actif – bioboue composite. Les ions m\u00e9talliques ont ensuite \u00e9t\u00e9 r\u00e9cup\u00e9r\u00e9s du filtre compos\u00e9 par traitement \u00e0 l’acide nitrique dilu\u00e9. (8).<\/p>\n

Le charbon actif granulaire peut provenir de moyens non commerciaux, et ce charbon actif qui a \u00e9t\u00e9 pr\u00e9par\u00e9 \u00e0 partir de pierre d’abricot est efficace pour une gamme de m\u00e9taux lourds. La recherche a toutefois montr\u00e9 que le CAG provenant de sources non commerciales souffre d’un manque d’homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 et d’une propension \u00e0 exiger une plage de pH plus d\u00e9finie pour travailler efficacement(9).<\/p>\n

\n\tModifications apport\u00e9es \u00e0 la configuration traditionnelle du filtre \u00e0 charbon actif\n\t<\/h2>\n\t

Comme discut\u00e9 en d\u00e9tail ci-dessus, le fait que le charbon actif poss\u00e8de une surface \u00e9norme par rapport \u00e0 son volume est essentiel dans sa capacit\u00e9 \u00e0 adsorber les m\u00e9taux lourds de la solution. La capacit\u00e9 d’un chimiste ou d’un ing\u00e9nieur \u00e0 effectuer une modification de surface sur du charbon actif granulaire – c’est-\u00e0-dire \u00e0 modifier les propri\u00e9t\u00e9s de surface au moyen d’une r\u00e9action chimique ou d’un traitement physique – pour am\u00e9liorer encore les propri\u00e9t\u00e9s d\u00e9j\u00e0 \u00e9tablies repr\u00e9sente un d\u00e9veloppement passionnant. Des facteurs tels qu’une plus grande surface, des niveaux plus \u00e9lev\u00e9s d’inertie chimique et une r\u00e9sistance m\u00e9canique encore plus forte sont autant de propri\u00e9t\u00e9s communes recherch\u00e9es(10) pour le traitement des eaux us\u00e9es.<\/p>\n

Les exemples incluent les cas o\u00f9 les chercheurs ont cherch\u00e9 \u00e0 am\u00e9liorer l’acidit\u00e9 \u00e0 la surface du charbon actif. En utilisant un proc\u00e9d\u00e9 d’acidification de l’acide nitrique, pr\u00e9c\u00e9d\u00e9 d’un incin\u00e9ration et suivi d’un traitement \u00e0 1 273 K, ils ont constat\u00e9 que l’adsorption des m\u00e9taux lourds, y compris le cadmium, \u00e9tait beaucoup plus forte alors que l’adsorption des aromatiques \u00e9tait plus faible(11). D’autres am\u00e9liorations de performance ont \u00e9t\u00e9 not\u00e9es avec le charbon actif granulaire qui a \u00e9t\u00e9 modifi\u00e9 par traitement par micro-ondes, activation de la vapeur et traitement par ultrasons. Chacun d’entre eux s’est av\u00e9r\u00e9 efficace en laboratoire pour am\u00e9liorer le profil d’\u00e9limination de certains m\u00e9taux lourds et de leurs compos\u00e9s(12).<\/p>\n

Un excellent exemple de la fin plus simple de la modification de surface est le traitement d’un mat\u00e9riau de charbon actif granulaire avec de l’acide citrique. Les chercheurs ont constat\u00e9 qu’un dopage modeste augmentait la surface du charbon actif de 34% et augmentait sa capacit\u00e9 d’adsorption du cuivre \u00e0 pr\u00e8s de 15 mg Cu par g(13), soit environ 140% de mieux que le carbone non modifi\u00e9. De m\u00eame, l’\u00e9limination des ions de m\u00e9taux lourds de la solution aqueuse a \u00e9t\u00e9 acc\u00e9l\u00e9r\u00e9e lors de l’utilisation de charbon actif granulaire trait\u00e9 au sulfure de sodium comme adsorbant pour l’\u00e9limination du mercure, du plomb et du nickel(14). Fait int\u00e9ressant aussi, cette \u00e9tude a montr\u00e9 que l’adsorption dans ce cas ne d\u00e9pendait pas du tout de la temp\u00e9rature. Le traitement acide et basique est un choix populaire, le pr\u00e9traitement du CAG avec de l’acide nitrique 1,0 M et de l’hydroxyde de potassium montrant une adsorption accrue sur un large \u00e9ventail de m\u00e9taux lourds, en particulier le cadmium et le cuivre(15).<\/p>\n

Alors que la modification de surface du charbon actif granulaire devient populaire, il convient de noter qu’elle ajoute des co\u00fbts et une complexit\u00e9 suppl\u00e9mentaires. En outre, cela soul\u00e8ve le probl\u00e8me de la fa\u00e7on dont les produits chimiques utilis\u00e9s pour effectuer le traitement devraient eux-m\u00eames \u00eatre \u00e9limin\u00e9s. Une \u00e9tude plus approfondie des co\u00fbts par rapport aux avantages devrait \u00eatre envisag\u00e9e(16).<\/p>\n\t\t\t\t\"usine\n\t\t\t\t\"eau\n

\n\tR\u00e9sum\u00e9\n\t<\/h2>\n\t
    \n
  • Le charbon actif granulaire est un excellent mat\u00e9riau pour la filtration d’une grande vari\u00e9t\u00e9 de mat\u00e9riaux et de contaminants de l’eau<\/li>\n
  • Certains des polluants les plus pernicieux qui proviennent d’activit\u00e9s telles que l’exploitation mini\u00e8re comprennent les m\u00e9taux lourds. Les r\u00e9sidus de fer et de mangan\u00e8se sont facilement \u00e9limin\u00e9s par filtration au CAG<\/li>\n
  • Les m\u00e9taux lourds beaucoup plus toxiques (donc probl\u00e9matiques) pr\u00e9sentent plus de danger et sont \u00e9galement \u00e9limin\u00e9s de l’eau stagnante ou courante par filtration au CAG<\/li>\n
  • La combinaison de la filtration au CAG avec des syst\u00e8mes biologiques comme la levure peut fournir une voie de filtration encore plus efficace pour certains des contaminants les plus difficiles \u00e0 isoler<\/li>\n
  • Le CAG est facilement modifi\u00e9 \u00e0 la surface, par exemple par acidification, ce qui peut aider \u00e0 moduler les propri\u00e9t\u00e9s de surface du CAG pour avoir des cas d’utilisation encore plus larges.<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\"Pot\n\t

    R\u00e9f\u00e9rences<\/strong><\/p>\n

    1 N. F. Fahim et al.<\/em>, J. Hazard. Mater.<\/em>, 2006, 136, 303<\/strong><\/p>\n

    2 A.bin Jusoh et al.<\/em>, Desalination<\/em>, 2005<\/strong>, 182, 347<\/p>\n

    3 L. S. Shiung et coll.<\/em>, Dessalement<\/em>, 2007, 206<\/strong>, 9<\/p>\n

    4 W.-F. Chen et al.<\/em>, Env. Sci. Pollution Res.<\/em>, 2016, 23<\/strong>, 1460<\/p>\n

    5 M, Bystrzejewski et al.<\/em>, Collo\u00efdes et surf. Sci. un<\/em>, 2010<\/strong>, 162, 102<\/p>\n

    6 E. Wilkins et Q. Yang, J. Env. Sci. et Sant\u00e9 A<\/em>, 1996<\/strong>, 31, 2111<\/p>\n

    7 H. H. Ngo et al<\/em>., Bioresource Tech.<\/em>, 2008<\/strong>, 99, 8674<\/p>\n

    8 S. Sirinantapiboon et coll<\/em>., Bioresource Tech.<\/em>, 2007, 98, 2749<\/strong><\/p>\n

    9 E. Demirbas et coll<\/em>., Bioresource Tech.<\/em>, 2005<\/strong>, 96, 13<\/p>\n

    10 W. S. Chai et coll<\/em>., J. Cleaner Prod.<\/em>, 2021, 296<\/strong>, 126589<\/p>\n

    11 M. Machida et al.<\/em>, Appl. Surfer. Sci.<\/em>, 2007<\/strong>, 8554<\/p>\n

    12 A. Khalil et al.<\/em>, J. Eau Proc. Eng.<\/em>, 2021, 102221<\/strong><\/p>\n

    13 J. P. Chen et coll.<\/em>, Carbon<\/em>, 2003<\/strong>, 41, 1979<\/p>\n

    14 G. K. Mishra et al.<\/em>, JSIR,<\/em> 2010<\/strong>, 69, 449<\/p>\n

    15 S. H. Kwon et al.<\/em>, J. Ind. Eng. Chem.<\/em>, 2008<\/strong>, 14, 131<\/p>\n

    16 S.-J. Park et coll.<\/em>, Rev\u00eatements<\/em>, 2019, 103<\/strong><\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Dans la deuxi\u00e8me d\u2019une s\u00e9rie de cinq sur les applications du charbon actif, l\u2019utilisation du charbon actif pour s\u00e9questrer les m\u00e9taux lourds est examin\u00e9e. Les m\u00e9taux lourds, par exemple le cadmium et le plomb, sont notoirement difficiles \u00e0 \u00e9liminer de la solution et il y a de graves cons\u00e9quences s\u2019ils se retrouvent dans les cours d\u2019eau, l\u2019eau potable ou la mer. 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