Améliorer les performances d'adsorption de l

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10860 (2023) Citer cet article

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Dans cette recherche, la balle de riz (RH) a été utilisée pour préparer un adsorbant magnétique destiné à l'adsorption de l'acide ascorbique (AA). L'agent magnétique est le chlorure de fer (III) (FeCl3). L'impact de la concentration d'acide comprise entre 400 et 800 ppm, du dosage d'adsorbant compris entre 0,5 et 1 g et du temps de contact compris entre 10 et 130 min a été étudié. Le modèle de Langmuir avait le R2 le plus élevé de 0,9982, 0,9996 et 0,9985 à des températures de 15, 25 et 35 °C, respectivement, et les valeurs qmax à ces températures ont été calculées à 19,157, 31,34 et 38,75 mg/g. respectivement. Le modèle cinétique de pseudo-second ordre présentait le meilleur accord avec les résultats expérimentaux. Dans ce modèle cinétique, les valeurs de q ont été mesurées à 36,496, 45,248 et 49,019 mg/g à une concentration d'acide de 418, 600 et 718 ppm, respectivement. Les valeurs de ΔHo et ΔSo ont été mesurées respectivement à 31,972 kJ/mol et 120,253 kJ/mol K, ce qui prouve le caractère endothermique et irrégulier de l'adsorption de l'AA. En outre, les conditions optimales du logiciel Design-Expert ont été obtenues : 486,929 ppm de concentration d'acide, 0,875 g de dosage d'adsorbant et 105,397 minutes de temps de contact, et l'efficacité d'adsorption dans ces conditions a été déterminée à 92,94 %. La surface spécifique du RH et du RH modifié a été déterminée à 98,17 et 120,23 m2/g, respectivement, ce qui confirme la surface spécifique élevée de ces deux adsorbants.

Les vitamines ont été largement utilisées dans les industries pharmaceutique, cosmétique et alimentaire1. Les types de vitamines sont divisés en deux classes en fonction de leur solubilité dans les graisses et dans l’eau. Les vitamines solubles dans l'eau sont la thiamine (B1), la riboflavine (B2), la niacine (B3), la pyridoxine (B6), l'acide pantothénique (B5), la biotine (B7), l'acide folique (B9), la cyanocobalamine (B12) et la vitamine C. La vitamine C ou acide l-ascorbique (AA) est l'une des vitamines impératives qui possèdent des propriétés antioxydantes remarquables qui peuvent prévenir les réactions radicales de l'organisme qui endommagent les cellules et les tissus. Ainsi, cette vitamine peut booster le système immunitaire2. Sa carence peut entraîner un risque de maladies incurables telles que le cancer, les maladies cardiaques et la cataracte3,4,5. La vitamine C est capable de prévenir l’activité microbienne dans les aliments en raison de son faible pH6. Néanmoins, le mécanisme corporel des personnes ne peut pas produire de vitamine C en raison de l’absence d’enzyme L-gluconolactone et ne peut pas retenir cet agent vital dans l’organisme. Par conséquent, une teneur adéquate en cette vitamine doit pénétrer dans l’organisme en mangeant certains aliments tels que les agrumes, les baies, les pommes de terre, les tomates, les poivrons, le brocoli et les épinards7. Les composés bioactifs tels que les biomolécules utilisées dans diverses industries sont souvent synthétiques et sont produits au cours de diverses étapes du processus biotechnologique et chimique. Par conséquent, la séparation et la purification de cette vitamine d’une solution aqueuse sont inévitables.

Diverses procédures de séparation existent. Chacune de ces procédures présente un certain nombre d’inconvénients et peut poser des problèmes lors du processus de séparation. Par exemple, la procédure de précipitation ne peut pas traiter la faible concentration d’ions métalliques, et cette méthode peut également produire largement des matériaux inutiles ; la technologie électrochimique microbienne (MET) a un rendement d'élimination remarquable, néanmoins, cette méthode nécessite une longue période de temps pour éliminer les ions métalliques ; de plus, le prix des résines utilisées dans le procédé d'échange d'ions est exorbitant8. Parmi les techniques de séparation, l’adsorption est l’une des méthodes les plus connues en raison de sa simplicité d’exécution, de son énorme rendement, de sa récupération facile et de son prix approprié. C’est pourquoi la méthode d’adsorption discontinue a été choisie pour cette étude. Plusieurs types de réactifs ont été exploités comme adsorbants pour éliminer les ions métalliques de l’eau contaminée, tels que le charbon actif9, les déchets de fruits10, les substances minérales11,12,13,14, les microbes15, les déchets16 et les polymères17. Dans cette étude, un type de déchet agricole a été utilisé comme adsorbant naturel. La production annuelle de déchets alimentaires et agricoles augmente considérablement, il est donc crucial de gérer le gaspillage alimentaire18. Pour éviter ce défi, les déchets alimentaires peuvent être convertis en matériaux bénéfiques. La réutilisation des déchets agricoles est proposée comme une approche pratique et économique. En raison des performances recherchées et du faible prix des déchets agricoles tels que les peaux de banane, les écorces d'orange, la balle de riz (RH), la pulpe de thé, la coquille de noix19, l'argile montmorillonite20, le bec de poulet21, la zéolite22, etc., ces matériaux ont fait l'objet de beaucoup d'attention. . En outre, divers réactifs peuvent être greffés à la structure des adsorbants pour améliorer leurs performances, tels que des polymères, des hydroxydes métalliques, des acides, du fer et d'autres matériaux chimiques comme le xanthate23,24. Certains travaux précieux démontrant la supériorité de l'adsorbant modifié sur l'adsorbant brut sont indiqués ci-dessous. Foroutan et coll. nous avons utilisé des coquilles de noix (WSA) et du WSA/Starch/Fe3O4 pour éliminer les ions cuivre de l'eau. La capacité d'absorption des ions cuivre a été atteinte à 29 et 45,4 mg/g pour WSA et WSA/Starch/Fe3O4, respectivement19. Ahmadi et coll. utilisé de l'argile montmorillonite (MC) et du MC/amidon/CoFe2O4 pour éliminer le bleu de méthylène (MB) et le violet de méthyle (MV) des eaux usées. La capacité d'absorption du MV utilisant le MC et le nanocomposite MC/amidon/CoFe2O4 était de 29,76 et 43,95 mg/g, respectivement, et la capacité d'absorption du MB utilisant ces sorbants était de 31,96 et 47,51 mg/g, respectivement20. Foroutan et coll. ont étudié les performances d'un bec de poulet contenant de l'hydroxyapatite (HApB) et modifié celui-ci avec la structure imidazolate zéolitique-8 (ZIF-8) pour l'élimination des ions nickel de l'eau. La capacité d'absorption des ions nickel a été obtenue à 24,27 et 63,49 mg/g en utilisant respectivement HApB et HApB/ZIF-821. Savari et coll. ont étudié l'élimination du fluorure de l'eau à l'aide de zéolite-zirconium sous sonication pulsée et continue. La capacité d'absorption du fluorure a été calculée à 32,98 et 31,73 mg/g respectivement en situation pulsée et continue22. Il a été conclu que la modification avec les particules magnétiques a le plus d’impact sur la capacité d’absorption par rapport aux autres modificateurs. Les matériaux magnétiques, notamment les biocharbons magnétiques, appartiennent à la catégorie du carbone qui peut éliminer les polluants par attraction électrostatique entre les polluants et les groupes fonctionnels contenant de l'oxygène. De plus, la génération de biochar magnétique avec un apport minimal d’oxygène augmente l’architecture cristalline de cet adsorbant en raison de ses domaines graphitiques beaucoup plus petits par rapport aux matériaux nanocarbonés. Les matériaux magnétiques présentent certains avantages, notamment : (1) Ils peuvent être synthétisés en une seule étape, ce qui entraîne une perte d'énergie décroissante, (2) Ils ont une propriété flexible et exclusive en raison de leur surface, de leur capacité d'adsorption élevée et de leur degré élevé de réactivité de surface, (3) Ils sont surtout connus comme étant des adsorbants économiques et rentables, et (4) Ils peuvent réduire considérablement la concentration de gaz toxiques, d’ions métalliques et d’autres polluants25.