Contribution à l’amélioration de filtre de eau potable pour usage familial

 MATIERE A CHARBON, CARBONISATION, CHARBON ACTIF

Matières à charbon

Ce sont les matières riches en cellulose (C6H12O6)n et en lignine (plus précisément ,les bois) ,qui ,suite à la pyrolyse, donne du charbon . On peut citer comme exemples : les pins, les frênes, les coques de noix de coco, … Parmi ces matières à charbon, penchons-nous particulièrement sur l’étude des coques de noix de coco, en raison de leurs propriétés chimiques particulièrement exploitables pour l’élaboration de charbon actif. II. Généralités sur la noix de coco et la coque de noix de coco[11], [15], [12], [29] 1. Origine de la noix de coco La noix de coco trouve probablement son origine dans la région indo-malaise (IndoMalaya) ou probablement dans le Sud-Est asiatique. Les chercheurs n’ont pas encore réussi à déterminer avec certitude le lieu d’origine ducocotier, bien que la majorité d’entre eux penchent pour le Sud-Est asiatique. Dotés de lafaculté de flotter, les fruits se seraient dispersés par la mer pour atterrir dans de nombreuxpays tropicaux où ils auraient pris racine dans le sol sablonneux des plages, habitat quiconvient tout particulièrement à cette plante. 

La coque de noix de coco

La coque de noix de coco constitue la partie dure entourant l’albumen dont l’épaisseurvarie de 2 mm à 6 mm. Elle représente 9 % à 12 % du poids de la noix de coco, soit 140 g à180 g pour 1.5 kg de fruit. Elle est principalement constituée par des éléments cellulosiques tels que la lignine, l’hexosane, le pentosane, la cellulose, ainsi que d’autres éléments minéraux correspondantaux cendres lors de son éventuelle combustion. Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 36 La figure 4ci-après représente l’aspect externe de la coque Figure 4 : Aspect externe de la coque[35] b. Description de la coque de noix de coco [10], [14], [13] Une coupe longitudinale d’un fruit mûr montre que : de l’extérieur vers l’intérieur, ona : Un épiderme lisse et cireux très mince ; Un mésocarpe fibreux (coïr) brun, de 3 à 5cm d’épaisseur ; Un encocarpe très dur (coque). La noix de coco est composée de quatre grandes parties : L’enveloppe externe, La coque, L’amande ou l’albumen, L’eau de coco. Où la coque de noix de coco est la partie la plus dure de noix de coco qui entoure etprotège l’amande, c’est aussi le réservoir de l’eau de coco. La figure 5 suivante représente le schéma d’une coque placée dans la moitié du mésocarpe Figure5 : Coque placée dans la moitié du mésocarpe.La figure 6 suivante représente la coupe longitudinale d’une noix de coco Figure6 : Coupe longitudinale d’une noix de coco[10] 3. Propriété la coque de noix de coco La noix de coco se présente comme un fruit de composition originale, puisque leslipides y dominent largement, ils représentent plus de 35 % de la partie charnue comestible du fruit ; lorsque la noix de coco est consommée fraîche elle renferme alors environ 45 % d’eau. Les glucides et les protides occupent une place beaucoup plus réduite : respectivement de 5.9et de 3.4 % du poids global. a. Propriétés physiques La coque possède des propriétés particulières telles que : Mi-lourd et mi-dur : Dureté (échelle Chalais-Meudon) = 2.5 à 5 ; Inflammable : Pouvoir calorifique (PCI) : 3800 kcal/kg. Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 

Propriétés chimiques

Les résultats de l’analyse élémentaire de la coque de noix de coco sont donnés dans le tableau18 suivant : Tableau 17 : Taux en pourcentage massique des composés organiques constituants la coque de noix de coco[14] Composés organiques Taux en pourcentage massique Carbone 46.39 % Oxygène 31.82 % Hydrogène 3.63 % Azote 1.81 % Cendres 5.45 % La composition massique des cendres de noix de coco est présentée dans le tableau ci-après : Tableau 18 : Composition massique des cendres de noix Composants des cendres 

Autres propriétés

La coque a aussi un comportement pareil au matériau bois, ainsi elle est normalement constituée de celluloses et de lignines et autres constituants. Le tableau 20 suivant donne ces constituants ainsi que leurs proportions massiques. Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 39 Tableau 19 : Proportions massiques des autres constituants de la coque de noix de coco[14] Constituants Proportions massiques Hexosane 3 % Pentosane 4 % Cellulose 1 % Lignines 8 % Cendres 6 % Autres 2 %

Le charbon actif- carbonisation et activation 

Quelques généralités sur les charbons actifs[13] a. Définitions et caractéristiques Le charbon actif ou charbon activé est un charbon d’origine animale ou végétale, qui a subi des opérations d’activation dont le résultat est d’augmenter sa surface spécifique ou sa porosité ; cela lui confère un pouvoir adsorbant élevé .D’une manière générale, l’activation d’un adsorbant consiste en l’élimination par un traitement chimique et/ou thermique de substances bloquant une partie des pores, ou d’une partie de l’adsorbant lui-même, créant ainsi de nouveaux pores. La figure7 suivante donne une représentation d’une microstructure Figure7 : Représentations d’une microstructure de charbon actif [13] Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 40 Le tableau 21 suivant donne quelques utilisations du charbon actif Tableau 20 : Utilisations et caractérisations des charbons actifs[19] Charbon actif Utilisations et/ou caractéristiques Le noir animal -Décolorant -Raffinage du sucre -Surface spécifique : ≈120 m2 /g Charbon médicaux -Elimination des bactéries et des toxiques -Addition aux aliments pour bétail – Surface spécifique : ≈1200 à 1500 m2 /g Charbon décolorant – Décoloration et raffinage des sucres -Décoloration des huiles et des graisses végétales -Purification des produits alimentaires et pharmaceutiques -Récupération des métaux précieux Charbon adsorbants -Récupération des solvants -Dégazolinage -Désodorisation -Purification des gaz industriel -Fractionnement des gaz et des liquides -Protection contre les gaz ou vapeurs toxiques Piles à dépolarisation par l’air Charbon activé officinal -agent oxydant – surface spécifique : ≈1200 à 1500 m2 /g Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 41 La photo 6 suivante représente la porosité d’un charbon de bois de frêne Photo6 : La porosité d’un charbon de bois de frêne [24] L’évaluation précise des dimensionsdes pores dans les charbons activés s’obtient grâce à l’équation de Kelvin qui est déduite des rapports d’énergies libres associées au transfert du liquide de la solution à la phase adsorbée dans les capillaires fins D
… .. / Où D : Diamètre des pores γ : Tension superficielle Vm : Volume molaire de l’eau θ : Angle eau-carbone P et Po : Pression de vapeur de l’eau et pression de vapeur saturante b. Historique[33] C’est à partir de 1915 que le charbon actif a pris de l’importanceEn effet, le 22 Avril 1915, en pleine première guerre mondiale, les Allemands ont envoyé du chlore vers les tranchées alliés afin de créer des brèches. Les soldats alliés, sans protection contre cette arme nouvelle, ne purent que s’enfuir, laissant le champ libre aux Allemands. Mais ceux-ci devinrent victimes des gaz toxiques et ils ne purent mener efficacement leur attaque .ceci a conduit les alliés à chercher une protection contre les gaz de combat. Ils la trouvèrent sous Contribution à l’élaboration de filtre pour eau potable à usage familial 42 forme de masque à gaz pourvu de charbon actif.C’est à partir de cette période que l’industrie du charbon actif a pris un grand développement.