Élimination par adsorption rapide du chrome des eaux usées à l'aide de noix

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6859 (2023) Citer cet article

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La contamination des ressources en eau par les effluents industriels contenant des ions de métaux lourds et la gestion des déchets solides des industries agricoles et alimentaires constituent un problème sérieux. Cette étude présente la valorisation des déchets de coquilles de noix comme biosorbant efficace et respectueux de l’environnement pour séquestrer le Cr(VI) des milieux aqueux. La poudre de coquille de noix native (NWP) a été modifiée chimiquement avec un alcali (AWP) et de l'acide citrique (CWP) pour obtenir des biosorbants modifiés avec une disponibilité abondante de pores comme centres actifs, comme le confirme l'analyse BET. Au cours des études d'adsorption par lots, les paramètres du procédé d'adsorption du Cr(VI) ont été optimisés à pH 2,0. Les données d'adsorption ont été ajustées à des modèles isothermes et cinétiques pour calculer divers paramètres d'adsorption. Le modèle d'adsorption du Cr(VI) a été bien expliqué par le modèle de Langmuir suggérant la formation d'une monocouche d'adsorbat à la surface des biosorbants. La capacité d'adsorption maximale, qm, pour le Cr(VI) a été atteinte pour le CWP (75,26 mg/g), suivi par l'AWP (69,56 mg/g) et le NWP (64,82 mg/g). Le traitement à l'hydroxyde de sodium et à l'acide citrique a amélioré l'efficacité d'adsorption du biosorbant de 4,5 et 8,2 %, respectivement. Il a été observé que l’adsorption endothermique et spontanée suivait la cinétique du pseudo-second ordre sous des paramètres de processus optimisés. Ainsi, la poudre de coquilles de noix chimiquement modifiée peut être un adsorbant écologique pour le Cr(VI) provenant de solutions aqueuses.

La contamination de l'eau par les effluents générés par diverses industries de transformation contenant des métaux lourds non dégradables et persistants est une préoccupation mondiale en raison de son grave impact négatif sur l'environnement1. Les métaux lourds, tels que As, Pb, Cr, Hg et Ni, sont non biodégradables, toxiques et persistent dans l'environnement en raison de leur tendance à la bioaccumulation, causant de graves problèmes de santé aux organismes vivants dès leur entrée dans la chaîne alimentaire2. Le Cr, principalement sous forme de Cr(VI), fait partie des contaminants de l'eau les plus répandus générés par les industries minières, de finition des métaux, du textile, de la galvanoplastie et du cuir3,4,5. Conformément aux réglementations de l'OMS, la concentration sûre et admissible de Cr(VI) dans l'eau potable et les eaux usées industrielles est respectivement de 0,05 mg/L et 0,5 mg/L5. Le Cr(VI) est hautement soluble dans l’eau et peut pénétrer dans le corps humain par exposition cutanée et orale. Il est extrêmement toxique et cancérigène en cas d'exposition à long terme et doit être éliminé des effluents avant élimination6.

Les techniques conventionnelles signalées pour la séquestration du Cr(VI) comprennent l’extraction par solvant7, la filtration8, la réduction9, la précipitation10 et l’échange d’ions11. Néanmoins, ces méthodes ont une applicabilité limitée en raison de la nécessité d’instruments coûteux en énergie et coûteux, de réactifs chimiques dangereux et, dans certains cas, leur application entraîne une pollution secondaire12. L'exigence de surveillance et d'élimination des solides et des boues générés nécessite une main d'œuvre supplémentaire, et le processus peut entraîner un traitement incomplet limitant son adéquation aux grands volumes12. La biosorption a été considérée comme une technique simple, facile à utiliser, rentable et respectueuse de l'environnement, utilisant des matériaux biodégradables et peu coûteux13. Ces matières comprennent les déchets animaux (déchets de coquilles d’œufs et d’os)14, la biomasse microbienne (algues et bactéries)5 et les déchets agricoles (écorces, feuilles, écorces de fruits, graines, coques, coquilles, pailles, etc.)15. L'efficacité des biosorbants peut être améliorée par un traitement chimique avec des acides et des bases, entraînant une modification des fonctionnalités présentes à la surface du biosorbant et une amélioration des sites actifs16.

Les déchets agricoles ont été reconnus comme des biosorbants peu coûteux, renouvelables, biodégradables et respectueux de l'environnement, dotés d'une capacité d'adsorption significative pour les contaminants tels que les ions de métaux lourds, les produits pharmaceutiques, les colorants et les composés aromatiques17. Les déchets agricoles en tant que biosorbant fournissent également une solution durable pour une gestion et une utilisation efficaces de ces déchets toujours croissants générés par les opérations agricoles, la préparation des aliments domestiques et la transformation industrielle des aliments18. Les déchets agricoles sont une riche source de matière lignocellulosique, à savoir. lignine, cellulose, hémicellulose, pectine, protéines, flavonoïdes, terpénoïdes et autres métabolites secondaires ayant des fonctionnalités polyhydroxy, carboxy, amine et aldéhydique avec une forte affinité pour les ions métalliques15. Les déchets agricoles, notamment la balle de riz19, le son de blé20, les coques de palmiste21, les graines d'abricot16, les coques d'arachide22, les feuilles1, les écorces de fruits et de légumes23, les déchets végétaux24 et la bagasse25 sous forme de poudre séchée ou de cendre, ont été signalés comme adsorbants efficaces pour les composés organiques persistants et les ions de métaux lourds en raison de leur plus grande efficacité d’adsorption ainsi que de leur facilité de séparation et de régénération26,27.