Etude de l’adsorption des éléments-traces métalliques (Cd, Zn, Pb et Cr) en milieu aqueux, sur une poudre de Kératine obtenue à partir d’un adsorbant naturel d’origine animale

Abstract

La présente étude vise à la valorisation des sous-produits animaux, notamment la kératine extraite des cornes de mouton., pour l'élimination des métaux lourds (Pb2+, Cd2+, Zn2+ et Cr6+) en solution aqueuse. A cet effet une poudre brute de kératine (PBK) a été préparée à partir des cornes de moutons issues d'abattoirs locaux la région de Boumerdes. La caractérisation de notre adsorbant a été effectuée au moyen des techniques FTIR, MEB et DRX. Le pH correspondant au point de charge nulle (pHpzc), la teneur en humidité, la densité apparente et réelle, la porosité et l'indice d'iode ont été aussi détermines. Des expériences d'adsorption compétitive et non compétitive des ions (Pb2+, Cd2+et Zn2+), en batch, ont été menées en faisant varier le pH du milieu, le temps de contact, la température ainsi que la concentration initiale des ions métalliques. L'adsorption par le PBK atteint son équilibre en quelques minutes (30 minutes), tandis que le pH initial du milieu joue un rôle déterminant dans la performance d'élimination des ions métalliques. Le modèle du pseudo -second ordre ainsi que la diffusion intra-particulaire décrivent mieux le processus de la cinétique d'adsorption pour les deux systèmes monométallique (non compétitive) et trimétallique (compétitive). L'ajustement des données expérimentales des modèles (Langmuir, Freundlich, Elovich et Temkin) confirme la bonne affinité entre les ions et la surface adsorbante. Dans le système ternaire, Les ions Pb²?, Cd²? et Zn²? entrent en compétition lors de leur adsorption sur le matériau adsorbant. L'étude des interactions poudre de kératine-chrome(V) est représenté de manière adéquate par le modèle de la physique statistique, qui a permis de déterminer le nombre de sites actifs, l'énergie d'adsorption moyenne, notée (E) exprimée en kJ/mol et le facteur de stœchiométrie d'adsorption (n). Les paramètres thermodynamiques (?G°, ?H°, ?S°) ont été calculés à partir des courbes de Van 'Hof. Les valeurs négatives de ?G° ont confirmé la spontanéité du processus, tandis que les valeurs positives de ?H° et ?S° indiquent un processus endothermique et entropiquement favorisé. Par conséquence, Cette étude démontre que la poudre brute de kératine est un adsorbant économique, régénérable et efficace dont l'efficacité d'élimination de Pb2+, Cd2+, Zn2+et Cr6+ était respectivement de 99,4%, 96,20% ,94.6% et 99.%. Donc la PBK peut être considéré comme un biosorbant efficace pour l'élimination des ions métalliques lourds à faible concentration dans les eaux