Étude sur le comportement de l'adsorption du phosphate sur de l'hydrogel de chitosane microsphérique

Abstract

La présence de phosphore dans les eaux comporte des risques pour la faune aquatique et la santé humaine. Ainsi, ce projet de recherche aborde cette problématique sur le traitement des eaux usées. En effet, il s’intègre dans La Stratégie pancanadienne sur la gestion des effluents d'eaux usées municipales du Conseil canadien des ministres de l’Environnement. Cette stratégie vise la diminution de la toxicité des rejets d’eaux usées, ce qui englobe les rejets de phosphore dans certains cas. Afin de remédier à ce problème, plusieurs techniques ont été développées, dont l’adsorption qui présente de nombreux avantages et peut être réalisée avec plusieurs types de matériaux, dont les biomatériaux. Cette étude est orientée vers la recherche de nouveaux matériaux adsorbant à base de biopolymère, à savoir le chitosane. Ce projet vise le traitement du phosphate par adsorption à l’aide d’hydrogel de chitosane microsphérique (HCM) pour déterminer l’efficacité de ce dernier. Les HCM ont été préparés par une méthode séquentielle consistant en la pulvérisation d’une solution de chitosane solubilisée suivi d’un processus de gélification. La caractérisation des HCM ont été fait par la distribution de taille et le potentiel zêta. Des essais en cuvée ont été effectués avec des microbilles de chitosane afin de déterminer la cinétique d’adsorption de ce processus. L’équilibre d’adsorption a été atteint en 30 minutes et le modèle représentant le mieux le phénomène cinétique d’adsorption est de pseudo-deuxième ordre. Dans ce processus d’élimination du phosphate, plusieurs facteurs influencent l’efficacité du traitement, dont la concentration initiale des anions phosphates, la concentration en adsorbant, le pH et la température de la solution. L’analyse du coefficient de distribution du phosphate sur les HCM démontre que l’adsorption est plus efficace dans des solutions peu concentrées (dont la concentration initiale est inférieure à 50 ppm de phosphate) et que le pH favorisant l’adsorption était de l’ordre de 6.5. Selon le modèle de Boyd, le taux d'adsorption est contrôlé par la diffusion dans la couche limite. Langmuir, Freundlich et Dubinin-Radushkhevic (D-R) ont été appliqués comme modèles d’adsorption pour décrire les isothermes et les résultats ont démontré une corrélation significative avec le modèle de Freundlich (R[indice supérieur 2] = 0,975). Les valeurs moyennes d'énergie libre obtenues avec le modèle D-R dévoilent que la sorption était de nature physique. Les variations d’énergie libre de Gibbs (ΔG) et d’enthalpie (ΔH) ont démontré le caractère spontané et exothermique de la réaction. Tandis que la valeur négative de ΔS indique une diminution de la variation l'entropie.