Étude de l'adsorption de micropolluants émergents sur des tissus de carbone activé

Face au problème des micropolluants émergents trouvés dans l’eau, l’utilisation de carbones activés est un moyen de réduire cette pollution à la source. Le but de ce travail est de mieux comprendre les mécanismes d’adsorption de certains micropolluants sur des tissus et feutres de carbones activés.Neuf molécules ont été étudiées dont des médicaments : la carbamazépine (CBZ), le diclofénac (DFN), l’ibuprofène (IBP) et l’ofloxacine (OFX), un produit anticorrosion : le benzotriazole (BZT), un perturbateur endocrinien : le bisphénol-A (BPA), deux herbicides : le mécoprop (MCP) et le pentachlorophénol (PCP) et une molécule utilisée comme indicateur de pollution des eaux usées : la caféine (CAF). Les adsorbants ultramicroporeux (tissu KIP1200 et feutre CSV4) et l’adsorbant mésoporeux (tissu BBV 800) (fournis par Dacarb, France) ont été caractérisés par adsorption d'azote à 77K et de CO2 à 273K, titrages acido-basiques (méthode de Boehm), mesure du pHpzc (point isoélectrique). Les cinétiques et isothermes d'adsorption ont été étudiées à 25°C à pH=7,5 dans un tampon phosphate NaHPO4/KH2PO4 (à 0,04M). La concentration résiduelle est analysée par HPLC.Les cinétiques d'adsorption ont été étudiées pour les 9 molécules à différentes concentrations initiales. Le temps pour atteindre l’équilibre d’adsorption dépend du volume des molécules ainsi que de leur affinité avec l’adsorbant. La quantité maximale adsorbable dépend du volume microporeux ainsi que de la surface spécifique de l’adsorbant, la quantité adsorbable est donc plus importante sur le tissu KIP 1200 que sur le feutre CSV 4. La vitesse de diffusion est la plus lente pour les adsorbants possédant un volume microporeux important, le tissu mésoporeux BBV 800 permet donc une adsorption rapide grâce à de plus larges pores qui permettent un accès plus rapide à la porosité.Des analyses en mélanges binaires et multi composés ont alors été réalisées pour connaître les paramètres clés gouvernant les cinétiques d’adsorption. Une compétition existe entre molécules dans certains cas (BZT et MCP par exemple) avec une première phase gouvernée par la cinétique d’adsorption liée à la diffusion dans les pores et la deuxième phase gouvernée par des phénomènes thermodynamiques entre le système soluté/solvant/carbone.Les isothermes d'adsorption ont été réalisés à 3 températures différentes et modélisées par des équations de Langmuir-Freundlich pour tous les micropolluants. Des paramètres thermodynamiques (enthalpie d’adsorption et enthalpie libre) ont alors été calculés et corrélés aux propriétés physico-chimiques des molécules. Une corrélation est mise en évidence entre l’enthalpie libre et la polarisabilité des molécules ainsi que les forces de Van der Waals déterminées avec le logiciel COSMO-RS mettant en évidence l’importance des forces non polaires dans le phénomène d’adsorption. Des mesures par calorimétrie d’adsorption à très faibles quantités adsorbées ont permis de mettre en évidence que l’entropie est le paramètre thermodynamique qui contrôle l’adsorption de molécules (BZT, PCP, CAF et OFX) sur le tissu KIP 1200. De fortes énergies d’interaction ont été mis en évidence entre les molécules (BZT, CAF et OFX) et les sites d’adsorption.Une étude d’adsorption-désorption de N2 et de CO2 sur des tissus KIP 1200 chargés en PCP, BZT, CAF et OFX a permis de mieux localiser le lieu de l’adsorption dans la porosité montrant une adsorption prioritairement dans les ultramicropores puis dans les supermicropores. Il a été montré également par cette méthode et par des mesures thermiques que l’eau est fortement adsorbée dans la porosité.