Mécanismes d'interaction entre polluants organiques non volatils et charbons actifs dans de nouveaux géomateriaux de confinement

Interaction mechanisms between non volatile organic pollutants and activated carbons in new confinement materials

• Auteur / Autrice : Francine Didier
• Direction : Jean-Maurice Cases
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et matières premières
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement et minéralurgie (Vandoeuvre-les-Nancy)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Pollution

Géomatériaux

Résumé

La finalité de ce travail était de contribuer, à moyens termes, à l'optimisation de géomateriaux composés de ciment, d'argile et de charbon actif, brevetés sous le nom d'écosols et destinés à la réalisation de barrières de confinement vis-à-vis de micropolluants organiques. Ses principaux objectifs étaient: l'étude de la rétention de différents polluants non volatils (phénol, 4-chlorophénol et des phtalates), la compréhension des mécanismes d'adsorption et l'étude de l'influence de la nature du charbon actif sur les capacités de rétention. La rétention des différents polluants a été étudiée au moyen d'isothermes d'adsorption sur les écosols et leurs constituants de base. Cette étude a montré que, dans ce système, le charbon actif était le seul adsorbant efficace vis-à-vis des polluants testés. L’adsorption d'un polluant donné sur un écosol, à condition que sa teneur en charbon actif ne soit pas trop faible, peut donc être prédite à partir de l'isotherme d'adsorption réalisée sur le charbon actif dans une eau préalablement équilibrée avec un écosol. Celle-ci est, en effet, différente de celle dans l'eau déminéralisée, et ce pour plusieurs raisons: modifications de la texture du charbon actif et des caractéristiques physico-chimiques des polluants qui peuvent dans certains cas être dégradés (phtalates). Pour déterminer les mécanismes d'adsorption de ces polluants sur le charbon actif, une méthodologie originale associant, d'une part l'analyse thermique à cinétique contrôlée couplée à la spectrométrie de masse et, d'autre part, l'adsorption d'argon à très basse pression relative traitée par la méthode de sommation des isothermes dérivées, a été mise en œuvre ; l'étude directe de la phase adsorbée par les méthodes spectroscopiques classiques s'étant révélée particulièrement difficile de par la nature et la texture mêmes du charbon actif. L’ensemble des études réalisées sur cinq charbons actifs différents permettent de conclure que le mécanisme principal d'adsorption des polluants étudiés est de la physisorption dans la microporosité des charbons actifs. Pour les polluants de type phénol, les sites d'adsorption les plus énergétiques sont les micropores fins et moyens à condition qu'ils soient accessibles aux molécules de polluants ; pour l'acide phtalique, il semble plutôt que ce sont les gros micropores, les micropores fins et moyens étant probablement difficiles d'accès. La texture des charbons actif, notamment la proportion de sites les plus énergétiques vis-à-vis de ce polluant par rapport à l'ensemble des sites d'adsorption, apparait comme le paramètre essentiel pour l'adsorption de ce type de polluant