Synthèse bibliographique
Adsorption et biosorption
11
Ш – Adsorption et biosorption
Cette partie traite dans un premier temps l’adsorption en précisant une définition de ce
processus de dépollution, les types d’interactions adsorbants-adsorbats, les facteurs
influençant la rétention des métaux lourds, et les processus d’adsorption. Dans un deuxième
temps, elle traite la biosorption d’une façon générale, en précisant une définition, les
propriétés des biosorbants, la modification des biosorbants, la modélisation de l’adsorption et
enfin l’étude thermodynamique du processus de biosorption.
Ш .1 - Adsorption
Parmi les méthodes les plus « conventionnelles » développées dans le domaine de la
dépollution des eaux chargées en ions métalliques, les traitements chimiques, tels que
l’adsorption, offrent plusieurs avantages dont le faible coût de construction et d’entretien de la
plupart des dispositifs.
Ш .1.1 - Définition
L’adsorption est un procédé de transfert de matière entre une phase fluide chargée en
composés organiques ou inorganiques (l’adsorbat) et une phase solide (l’adsorbant). Ce
phénomène résulte des forces d’attraction existant entre les molécules du fluide et les atomes
(ou ions) composant le solide (Gregg et Sing, 1991). Dans cette étude, seule l’adsorption
liquide-solide est traitée.
A l’inverse de la précipitation, l’adsorption est plutôt efficace dans le domaine des faibles
concentrations. Ses principaux inconvénients résident dans la compétition qui s’exerce entre
les molécules de tailles différentes et le prix relativement élevé des matériaux usités et de leur
régénération (Voir Tab 2 en Annexe 3).
Ш .1.2 - Types d’interactions adsorbant-adsorbat
Les forces non-compensées, de nature physique et/ou chimique, existant à la surface des
matériaux adsorbants leur confèrent des propriétés fixatrices de polluants, et ce par les
différents types d’interactions adsorbat-adsorbant (Voir Annexe 3) qui définissent trois types
d’adsorption : physique (physisorption) et chimique (chimisorption), dont la comparaison
est illustrée dans le Tableau 4, ainsi que la complexation de surface
1 .
La complexation de surface désigne la capacité des groupements fonctionnels (-COOH, -
OH, ...), de la surface des adsorbants, à former des complexes avec des cations. Toutefois,
elle concerne principalement les associations entre les métaux et les composés organiques et
consiste en un remplacement de deux atomes d’hydrogènes émanant des groupes hydroxyles
(-OH), par un cation métallique bivalent tel que Cu
2+
ou Pb
2+
. Ce type de complexe,
comprenant une liaison chimique covalente entre un atome de la surface et un cation
métallique est appelé « complexe de sphère interne » impliquant des liaisons chimiques fortes
et donc spécifiques. A l’inverse, lorsque la surface est chargée, des ions, souvent entourés de
molécules d’eau, peuvent être retenus proches de la surface par des interactions
électrostatiques de type physique, appelées « complexes de sphère externe ».
1 Rouquerol, 1999 in Keleşoğlu, 2007.
Adsorption et biosorption
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Ш – Adsorption et biosorption
Cette partie traite dans un premier temps l’adsorption en précisant une définition de ce
processus de dépollution, les types d’interactions adsorbants-adsorbats, les facteurs
influençant la rétention des métaux lourds, et les processus d’adsorption. Dans un deuxième
temps, elle traite la biosorption d’une façon générale, en précisant une définition, les
propriétés des biosorbants, la modification des biosorbants, la modélisation de l’adsorption et
enfin l’étude thermodynamique du processus de biosorption.
Ш .1 - Adsorption
Parmi les méthodes les plus « conventionnelles » développées dans le domaine de la
dépollution des eaux chargées en ions métalliques, les traitements chimiques, tels que
l’adsorption, offrent plusieurs avantages dont le faible coût de construction et d’entretien de la
plupart des dispositifs.
Ш .1.1 - Définition
L’adsorption est un procédé de transfert de matière entre une phase fluide chargée en
composés organiques ou inorganiques (l’adsorbat) et une phase solide (l’adsorbant). Ce
phénomène résulte des forces d’attraction existant entre les molécules du fluide et les atomes
(ou ions) composant le solide (Gregg et Sing, 1991). Dans cette étude, seule l’adsorption
liquide-solide est traitée.
A l’inverse de la précipitation, l’adsorption est plutôt efficace dans le domaine des faibles
concentrations. Ses principaux inconvénients résident dans la compétition qui s’exerce entre
les molécules de tailles différentes et le prix relativement élevé des matériaux usités et de leur
régénération (Voir Tab 2 en Annexe 3).
Ш .1.2 - Types d’interactions adsorbant-adsorbat
Les forces non-compensées, de nature physique et/ou chimique, existant à la surface des
matériaux adsorbants leur confèrent des propriétés fixatrices de polluants, et ce par les
différents types d’interactions adsorbat-adsorbant (Voir Annexe 3) qui définissent trois types
d’adsorption : physique (physisorption) et chimique (chimisorption), dont la comparaison
est illustrée dans le Tableau 4, ainsi que la complexation de surface
1 .
La complexation de surface désigne la capacité des groupements fonctionnels (-COOH, -
OH, ...), de la surface des adsorbants, à former des complexes avec des cations. Toutefois,
elle concerne principalement les associations entre les métaux et les composés organiques et
consiste en un remplacement de deux atomes d’hydrogènes émanant des groupes hydroxyles
(-OH), par un cation métallique bivalent tel que Cu
2+
ou Pb
2+
. Ce type de complexe,
comprenant une liaison chimique covalente entre un atome de la surface et un cation
métallique est appelé « complexe de sphère interne » impliquant des liaisons chimiques fortes
et donc spécifiques. A l’inverse, lorsque la surface est chargée, des ions, souvent entourés de
molécules d’eau, peuvent être retenus proches de la surface par des interactions
électrostatiques de type physique, appelées « complexes de sphère externe ».
1 Rouquerol, 1999 in Keleşoğlu, 2007.