Evaluation of the performance of palm kernel shell activated carbon and palm kernel activated carbon/volcanic ash composites in the sequestration of indigo carmine dye and copper II ions in aqueous medium

Abstract

Avec la renaissance du charbon actif (CA), la méthode d'optimisation classique a été utilisée dans cette présente étude pour préparer un charbon actif et ses composites à partir de coques de noix de palme. Deux composites ont été préparés à partir du charbon actif et de cendres volcaniques (les cendres volcaniques blanches et noires notées BVA et WVA). Les composites préparés PKSAC et PKSAC/BVA préparés ont été caractérisés en utilisant l'adsorption d'azote à 77K (BET), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à balayage avec rayons X à dispersion d'énergie (SEM-EDX) et l‟analyse de la taille des particules. Les adsorptions optimales de CI étaient de 11,025 et 12,642 mg/g pour les adsorbants composites PKSAC et PKSAC/BVA respectivement. Le spectre des matériaux PKSAC/BVA avant et après a montré deux pics situés à 1644 et 1790 cm-1 caractéristiques des vibrations d'étirement des doubles liaisons C=C et C=O des cycles aromatiques et des anhydrides d'acide respectivement. L'analyse EDX a montré que le PKSAC est principalement composé de carbone (87,17%), d'oxygène (9,34%) et d'azote (2,61%) tandis que le composite présente également un pourcentage élevé de carbone (72,79%), d'oxygène (20,09%) et d'azote (4,94%). L'analyse XRD a montré des pics caractéristiques des phases cristallines d'Albite (NaAlSi3O8) et des plans de diffraction d'Augite ((Si, Al)2O6(Ca, Mg, Fe, Ti, Al)2. Le résultat BET montre la diminution de la surface spécifique du PKSAC (574.500 m2/g) aux composites PKSAC/BVA (331.899 m2/g). Les trois échantillons PKSAC, PKSAC/BVA et PKSAC/WVA ont été utilisés pour atténuer l‟Indigo Carmin (IC), dangereux colorant et les ions de métaux lourds toxiques cuivre (II) à partir d'une solution aqueuse de sulfate de cuivre. Dans le processus d'atténuation, les effets du temps de contact (0-60 min), de la dose d'adsorbant, du pH de la solution ainsi que de la solution initiale du colorant, des ions métalliques et de la concentration initiale des adsorbats (10-20 ppm pour IC et 300-900 ppm pour les ions Cu2+) ont été étudiés pour la quantité d'élimination des adsorbats respectifs de la solution aqueuse en utilisant l‟expérience en mode batch. Le pH d‟adsorption maximale pour tous les adsorbants était de pH 2 pour l'adsorption de CI. Les quantités adsorbées augmentent de 5,861 à 11,025 mg/g pour le PKSAC tandis que celles du PKSAC/BVA et du PKSAC/WVA vont de 7,609 à 12,642 mg/g et de 7,740 à 13,394 mg/g respectivement pour l'élimination de l'IC les quantités maximales adsorbées de Cu2+ quant à elles sont de 570 mg/g pour le PKSAC, 84 mg/g pour le PKSAC-BVA et 114 mg/g pour le PKSAC-WVA. Une modélisation non linéaire a été utilisée pour ces entités auxiliaires afin d'éviter la perte de certaines informations utiles. Quatre modèles d'isothermes et de régression non linéaire cinétique ont été utilisés pour modéliser les données d'adsorption. Il en résulte que pour les modèles isothermes, les modèles isothermes de Langmuir et Freundlich s'adaptent le mieux au phénomène d'adsorption tandis que les modèles cinétiques de pseudo premier et pseudo second ordre décrivent bien le mécanisme d'adsorption. En outre, la constante de vitesse d'adsorption (α) du modèle cinétique d'Elovich étant plus élevée que le coefficient de désorption (β) implique que la chimisorption était le mécanisme dominant dans le processus d'adsorption. Le composite PKSAC/WVA pour l'élimination de l'IC était meilleur que les composites PKSAC et PKSAC/BVA tandis que le PKSAC s'avère supérieur dans le cas de l'élimination des ions Cu2+. En conclusion, l'expansion du composite charbon actif/cendres volcaniques représente un outil potentiellement viable et puissant, conduisant à l'amélioration plausible de la préservation de l'environnement.