LABORAREA ADSORBANȚILOR METALICI PE BAZA DE MATERIALE ALUMINOSILICATE POROASE FUNCȚIONALIZATE ȘI

REPUBLICA POPULARĂ ȘI DEMOCRATICĂ DIN ALGERIA MINISTERUL ÎNVĂȚĂMÂNTULUI SUPERIOR ȘI CERCETĂRI ȘTIINȚIFICE UNIVERSITATEA MENTOURI-CONSTANTINĂ FACULTATEA DE ȘTIINȚE EXACTE DEPARTAMENTUL DE CHIMIE N ordinea: Seria: TEZĂ PREZENTĂ PENTRU OBȚINEREA DOCTORULUI ÎN CHIMIE CHIMATICA Opțiune: DESPRE MATERIALE ALUMINOSILICATE POROASE FUNCȚIONALIZATE ȘI APLICAREA LOR LA POTABILIZAREA APEI În fața juriului: De Smail TERCHI Președinte: A. MENNOUR, profesor Universitatea MentouriBI frații Constantin Frații universitari Mentouri Constantine Examinator: A. MERROUCHE, profesor Universitatea din Sila Examinator: L. TELLI, profesor Universitatea din M Sila Examinator: M. CHIKHI, lector (A) Universitatea din Constantin. SPRIJINIT, 13.07.2017

metalici

Dedic această lucrare: Părinților mei Soției și nepotului meu; Oubey Toată familia mea și toți prietenii mei

Cuprins Lista figurilor Lista tabelelor Introducere generală 1 Capitolul (I): Studiul literaturii I.1 Principalele tipuri de materiale adsorbante 4 I.1.1. Carbon activat 4 I.1.2. Rășini schimbătoare de ioni 5 I.1.3.Oxizi 6 I.1.4. Aluminosilicații 8 I.1.4.1. Argilele 8 I.1.4.2. Originea și aplicațiile argilelor 10 I.1.4.3. Clasificarea argilelor 10 I.1.4.3.1. Argila 1: 1 11 I.1.4.3.1.a. Kaolinita 11 I.1.4.3.1.b. Halloysite 11 I.1.4.3.2. Argila 2: 1 11 I.1.4.3.2.a. Grupa vermiculită 11 I.1.4.3.2.b. Grupa Smectite 13 I.1.4.3.2.c. Grupa clorit 14 I.1.4.3.2.d. Grupul de talc 14 I.1.4.4. Capacitatea de schimb cationic (CEC) 15 I.1.4.2. Zeoliți 16 I.2 Pregătirea și/sau modificarea materialelor adsorbante (sonochimie, altoire, intercalație) I.2.1. Preparate și/sau modificări de oxizi (silice și alumină) 16 I.2.2. Pregătirea și/sau modificarea aluminosilicaților 22 I.2.2.1. Prepararea aluminosilicaților 22 I.2.2.2. Modificarea aluminosilictelor (argile) 23 I.2.2.2.1. Exfolierea termică a vermiculitei 24 I.2.2.2.2. Exfolierea chimică a vermiculitei 24 I V 16

I.2.2.2.3. Minimizarea dimensiunii particulelor de vermiculit 25 I.2.2.2.4. Altoirea vermiculitei 28 I.2.2.2.5. Tratamentul vermiculitei într-un mediu acid 29 I.2.2.2.6. Modificări ale talcului 30 I.2.3. Pregătirea nanoparticulelor 31 I.3. Prezentare teoretică a fenomenului de adsorbție 33 I.3.1. Definiția fenomenului de adsorbție 33 I.3.2. Tipuri de adsorbții 33 I.3.2.1. Adsorbția fizică (fizizorbție) 33 I.3.2.2. Adsorbția chimică (chemisorbție) 33 I.3.3. Capacitatea de adsorbție 34 I.3.4. Izoterme de adsorbție 34 I.3.5. Clasificarea izotermelor de adsorbție 35 I.3.5.1. Clasa izotermă C 35 I.3.5.2. Clasa L 35 izotermă I.3.5.3. Clasa izotermă H 35 I.3.5.4. Clasa izotermă S 35 I.3.6. Modelarea izotermelor de adsorbție 36 I.3.6.1. Modelul Langmuir 36 I.3.6.2. Model Freundlich 37 I.3.6.3. Modelul Langmuir-Freundlich 37 I.3.6.4. Modelul Elovitch 37 I.3.6.5. Dubinin și Radushkevich model 38 I.3.7. Caracterizarea termodinamică a adsorbției 38 I.3.7.1. Modelare pentru evaluarea ΔH, ΔS și ΔG de adsorbție 39 I.3.8. Factori care influențează echilibrul de adsorbție 40 I.3.8.1. Suprafață specifică 40 I.3.8.2. Porozitate 40 I.3.8.3. Natura adsorbatului 41 I.3.8.4. Factorul Ph 41 I.3.8.5. Factor de temperatură 42 I.3.9. Adsorbție la interfața oxid/lichid 42 I.3.9.1. Suprafața oxizilor 42

III.2.1. Adsorbția manganului pe vermiculit neîmpăcat (brut) 101 III.2.1.1. Cinetică de adsorbție a manganului pe vermiculit nepământat la 25 C III.2.1.2. Modelare (ordinea cinetică a adsorbției) 103 III-2.1.2.a. Modelul de pseudo-primul ordin 103 III.2.1.2.b. Modelul pseudo-al doilea ordin 104 III.2.1.2.c. Model de difuzie intraarticulară 105 III.2.1.2.e. Compararea modelelor cinetice 108 III.2.1.2.e. Compararea modelelor cinetice 108 III.2.1.3. Mecanismul de adsorbție a ionilor Mn 2+ pe vermiculită nepământată (adsorbție pe marginile foilor vs. schimb de cationi) la 25 o C III.2.2. Adsorbția Mn 2+ pe vermiculit zdrobit 119 III.2.3. Efectul temperaturii asupra adsorbției de mangan asupra vermiculitei zdrobite III.2.4. Efectul reducerii dimensiunii particulelor asupra eliminării manganului III.2.5. Modelarea formei particulelor de vermiculit care confirmă adsorbția manganului pe marginile foilor III.3. Concluzie 128 Concluzie generală 131 Referințe bibliografice 134 Rezumat 150 101 108 120 122 126

Capitolul (I) Studiul literar al adsorbției studiate este: concentrația inițială, pH-ul soluției și efectul temperaturii. Influența ph a fost studiată, ph-ul optim sau maxim (90%) al adsorbției este de 4. Observăm că la ph Ni> Zn> Cd> Cu> Pb. Au indicat, de asemenea, că adsorbția ionilor metalici asupra vermiculitei scade cu scăderea ph și creșterea puterii ionice. (Da Fonseca și colab., 2006) au discutat despre utilizarea vermiculitului pentru îndepărtarea manganului în soluție apoasă (precursorul este azotul de mangan Mn (NO 3) 2) și a obținut o capacitate maximă de adsorbție de 33 mg. G -1 la un pH mai mare de 6.4. Izotermele de adsorbție au fost modelate după tipul Langmuir. Acest studiu confirmă faptul că mecanismul de adsorbție este un schimb de cationi la pH mai mic de 9. Dar nu a măsurat concentrația de cationi schimbabili eliberați. 54

Capitolul (II) Materiale și metode Figura II.2. Curba mare de alb (0,1 M NaCI), alb V eb1 = 2,3 ml și alb V eb2 = 5,5 ml. II.1.6. Ph de suspensii de vermiculit - solvent Ph de vermiculit - solvent (H 2 O 2 sau H 2 O 2) a fost măsurat folosind un pH metru (NF ISO, 10390, 2005) înainte și după iradiere cu ultrasunete. Măsurarea pH-ului se efectuează după suspendarea argilei în apă sau peroxid de hidrogen într-un raport de 1/5 (V/V). II.2. Metode de determinare a ionilor în apă II.2.1. Determinarea ionilor de mangan (Mn 2+ -) și a nitraților (NO 3) Ionii de mangan și nitrați au fost determinați prin spectrofotometru UV-vizibil cu o metodă indirectă, este o metodă de analiză utilizată pe scară largă în analiza cantitativă. Domeniul spectral UV-Vis este un domeniu împărțit în trei game de lungimi de undă numite: - lângă UV (185-400 nm), - Vizibil (400-700 nm), - foarte aproape de infraroșu (700-1100 nm). Majoritatea spectrometrelor variază între 185 și 900 nm. 62

Capitolul (II) Materiale și metode II.3.1.1.3. Compoziția chimică a vermiculitului CMMP Vermiculitul a fost caracterizat prin fluorescență cu raze X care face posibilă conținutul de masă al fiecărui element metalic care alcătuiește materialul conform tabelului II.1. . Tabelul II.1. Rezultatele analizei fluorescenței cu raze X de vermiculit brut. Conținutul elementului (% în masă) Si 19,326 Mg 14,323 Al 6,064 Fe 4,121 Ca 1,321 K 6,018 Ti 1,051 Na 0,619 Cr 0,226 Mn 0,049 Ni 0,079 Cu 0,002 Zn 0,009 Ga 0,003 Rb 0,039 Sr 0,023 Ba 0,238 Formula generală a vermiculitei este (Si 4 -x Al x) (Mg 3-y Fe 3+ y) o 10 (OH) 2 EC xy, (EC = cationi schimbabili). După calcule avem: Si (%) (4 x). M (Si) Al (%) Mg (%) x. M (Al) (3 ani). M (Mg) Fe (%) y. M (Fe) Unde M (Si) = 28g.mol -1, M (Al) = 27 g.mol -1, M (Mg) = 24 g.mol -1, M (Fe) = 56 g.mol - 1. Găsim: x = 1, y = 0,32, formula vermiculitului utilizată este: (Si 3 Al 1) (Mg 2,62 Fe 0,32 Ti 0,06) O 10 (OH) 2 K 0,45 Ca 0, 08. Capacitatea sa de schimb de cationi calculată din formula sa este de 1,486 meq/g. Toate probele au fost sonicate în același reactor (cilindric). 65