Activated carbons production from agricultural wastes for micropollutants elimination

• Auteur / Autrice : Jonatan Torres Pérez
• Direction : Yves Andres
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charbon actif

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Adsorption

Évaporation

Mots clés libres

Arsenic

Ecorces de cacahuètes

Imprégnation avec du fer

Pulpe de betterave

Tétracycline

Résumé

La conversion de deux résidus agricoles, la pulpe de betterave et les écorces de cacahuètes, en matériaux carbonés poreux par activation à la vapeur d’eau est présentée. De plus, leur utilisation dans l’élimination de l’arsenic (AsV) et de la tétracycline (TC) présents en solutions aqueuses est étudiée. Les caractéristiques telles que la surface spécifique, la composition élémentaire, la teneur en cendre, le pHpzc et la capacité de sorption de l’As(V) ou de la tétracycline par ces nouveaux matériaux ont été comparées à deux charbons actifs commerciaux (GACs). Les résultats montrent que les matériaux carbonés poreux obtenus à partir de la pulpe de betterave (BPH2O) et des écorces de cacahuètes (PH-H2O) peuvent être utilisés dans le traitement d’eaux contaminées par de l’As(V) ou de la TC. L’utilisation de matériaux carbonés poreux modifiés par imprégnation de fer a également été étudiée. L’analyse des volumes poreux montre deux différents types de charbon pour les résidus sélectionnés. Il a été mesuré des volumes microporeux et mésoporeux égaux pour BP-H2O et principalement microporeux pour PH-H2O. Les matériaux carbonés imprégnés de fer présentent les plus fortes capacités de sorption de l’As(V) : 2930 et 3280 μg. G-1 pour respectivement BP-H2O-Fe et PH-H2O-Fe. Ces valeurs sont plus élevées que celle mesurée pour le GAC1 (1240 μg. G-1). Dans le cas de la tétracycline, le matériau BP-H2O présente une capacité maximum d’adsorption de 288. 3 mg. G-1, alors que les GACs atteignent de 133 à 817 mg. G-1. Cette étude montre clairement que les résidus de faibles coûts tels que la pulpe de betterave et les écorces de cacahuètes peuvent être utilisés comme précurseurs pour la fabrication de charbons actifs présentant des caractéristiques différentes pour le traitement de solutions polluées par de l’As(V) et de la tétracycline.

The conversion of two agricultural wastes, sugar beet pulp and peanut hulls, into porous carbonaceous materials is presented and their potential application for As(V) and tetracycline removal from aqueous solutions is investigated. The properties such as surfaces areas, elemental and ash contents, pHPZC and efficiencies for As(V) and tetracycline removal of these alternatives carbonaceous materials are compared with those of commercial granular activated carbons (GACs). The results show that carbonaceous materials obtained from sugar beet pulp (BP-H2O) and peanut hulls (PH-H2O) could be used for the treatment of arsenic and tetracycline contaminated water. Their performances are also improved when the carbonaceous materials are prepared by physical activation (steam) and then modified through iron impregnation especially for As(V) sorption. The pore volume analysis shows that two different carbon surfaces for each by-product were obtained, an equal microporous and mesoporous volume for the BP-H2O and a predominantly microporous volume for PH-H2O. According to the experimental results, the activated and then iron modified carbonaceous materials present a great As(V) sorption capacities (2930 and 3280 μg. G-1 for BP-H2O-Fe and PH-H2O-Fe respectively) that are higher than the sorption capacity of a commercial activated carbon (GAC1) (1240 μg. G-1). In the case of tetracycline, the BP-H2O reaches a maximum sorption capacity of 288. 3 mg. G-1 while GACs reach sorption capacities from 133 to 817 mg. G-1. It is clear that beet pulp and peanut hulls are cheap and abundant wastes that can be used like precursors to obtain activated carbons with different characteristics for As(V) and tetracycline