Recherche sur les performances du coke bleu modifié dans l'adsorption du chrome hexavalent

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7223 (2023) Citer cet article

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Pour résoudre le problème de la contamination du chrome hexavalent (Cr(VI)) dans les plans d'eau, la poudre de coke bleu (LC) a été chimiquement modifiée à l'aide d'hydroxyde de potassium pour créer le matériau modifié (GLC), qui a ensuite été utilisé pour traiter un Cr(VI) -contenant une solution d'eaux usées. Les différences entre les caractéristiques d'adsorption du Cr(VI) du coke bleu modifié et non modifié ont été étudiées, ainsi que l'impact du pH, de la concentration de la solution de départ et de la période d'adsorption sur les performances d'adsorption du GLC. Le comportement d'adsorption du GLC a été analysé à l'aide de modèles d'adsorption isothermes, de modèles cinétiques et d'une analyse thermodynamique d'adsorption. Le mécanisme d'adsorption du Cr(VI) par le GLC a été étudié à l'aide de techniques de caractérisation telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), le microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM), la diffraction des rayons X (XRD) et le photoélectron à rayons X. Spectroscopie (XPS). Avec la plus grande différence de taux d'élimination à pH = 2, soit 2,42 fois celui de la LC, les expériences d'adsorption par lots ont révélé que, dans les mêmes conditions d'adsorption, la GLC fonctionnait toujours mieux que la LC. Avec une surface spécifique trois fois supérieure à celle de la LC et un diamètre moyen de pores 0,67 fois supérieur à celui de la LC, la GLC avait une structure plus poreuse que la LC. L'altération a considérablement augmenté le nombre d'hydroxyles à la surface du GLC en modifiant la composition structurelle du LC. Le pH idéal pour éliminer le Cr(VI) était de 2 et la dose idéale d’adsorbant GLC était de 2,0 g/L. Le modèle cinétique de pseudo-second ordre (PSO) et le modèle de Redlich-Peterson (RP) peuvent décrire efficacement le comportement d'adsorption de la GLC pour le Cr(VI). L'adsorption physique et chimique fonctionne ensemble pour éliminer le Cr(VI) par GLC dans un processus spontané, exothermique et augmentant l'entropie, les processus d'oxydo-réduction jouant un rôle clé. La GLC est un adsorbant puissant qui peut être utilisé pour éliminer le Cr(VI) des solutions aqueuses.

Ces dernières années, avec le développement rapide de l’industrie, de l’agriculture et de l’urbanisation, les questions de protection de l’environnement ont suscité une large préoccupation dans l’opinion publique1. Le chrome, un matériau industriel important, est largement utilisé dans des processus tels que la fabrication du papier, la galvanoplastie, la fabrication de teintures, le tannage du cuir et la peinture2,3. Si de grandes quantités de déchets contenant du chrome sont rejetées dans l’environnement, une grave pollution de l’environnement peut survenir. Le chrome existe principalement dans la nature sous forme de Cr(VI) et Cr(III)4. Le Cr(VI), tel que Cr2O72− et HCr2O7−, est hautement toxique et mobile, tandis que le Cr(III) a une faible solubilité dans l'eau, une faible mobilité à l'écoulement et une biolibération5,6. La principale cible de la gestion de la pollution par le chrome est le Cr(VI), qui a tendance à s'accumuler dans le corps humain au cours du processus métabolique et peut provoquer une série de problèmes de santé, tels qu'une irritation cutanée et un cancer du poumon7,8. Pour résoudre les problèmes causés par la pollution au Cr(VI), les chercheurs ont développé différentes méthodes de traitement du Cr(VI), notamment la réduction chimique, l'adsorption, la bioremédiation, l'électrocoagulation, etc.9. Parmi eux, l’adsorption a attiré beaucoup d’attention en raison de ses avantages tels que l’économie, le rendement élevé et la faisabilité10. Les matériaux carbonés comme adsorbants ont été largement utilisés pour éliminer les métaux lourds en raison de leur surface spécifique élevée, de leurs groupes fonctionnels abondants et de leur bonne stabilité chimique5.

Compte tenu de la durabilité et de la conservation, un adsorbant de carbone rentable, comme les déchets industriels accessibles, constitue un choix pratique pour le traitement des eaux usées11. Le coke bleu, un type de semi-coke produit par pyrolyse du charbon non agglomérant ou faiblement agglomérant avec un composant très volatil à basse température12, est le produit de l'utilisation propre du charbon12. Il a été largement utilisé comme réducteur pour la fabrication de ferroalliages et de carbure de calcium, comme matière première pour les hauts fourneaux et comme combustible propre à usage industriel et public13. Il s’agit généralement de coke granulaire dont la granulométrie est supérieure à 6 mm12. Le semi-coke en poudre est un sous-produit de la production et de la transformation du coke bleu, qui est soit jeté, soit vendu à bas prix14. Cependant, en raison de son faible prix, de sa valeur calorique élevée et de sa capacité à être utilisé comme combustible dans un four à coke pour récupérer de l’énergie et éliminer les polluants résistants absorbés, il est récemment devenu un adsorbant populaire15. Le coût de production du charbon actif (AC) peut être réduit d’environ 500 CNY t−1 en ajoutant 5 % de coke bleu en poudre dans le processus16. Néanmoins, le coke brut en poudre n’est pas souvent utilisé en raison de sa surface limitée et de son caractère d’adsorbant non sélectif et de produit chimique non réactif17. En tant que puissant adsorbant, il doit être modifié avant utilisation. Il a été constaté que le coke bleu en poudre peut avoir de bonnes performances d'adsorption et une bonne fonction de charge lors de l'utilisation d'une surface à ouvertures multiples et à grand rapport18. Cependant, les caractéristiques de l’adsorbat objectif pourraient affecter la méthode de modification de la poudre de coke bleu19. En fournissant suffisamment de groupes fonctionnels et une surface spécifique élevée, le Cr(VI) peut être éliminé des eaux usées.