Dégradation du BR29 par ultrasons

De jour en jour, la consommation croissante et l’usage de nouveaux types de colorants par les industries textiles produisent des quantités plus importantes d’effluents. L’industrie fait face à un grand problème environnemental avec approximativement 10000 différents types de colorants enregistrés, et 7105 tonnes de consommation par an. Quand on pense qu’environ 10-15% de ces colorants sont déversés dans les milieux aqueux, il est évident d’admettre à quel point le taux de pollution est alarmant [1,2]. La présence des colorants même à faible concentration dans les rejets est très visible, indésirable et réduit la pénétration de la lumière qui conduit à l’inhibition de la photosynthèse [3]. Parmi les colorants mis sur le marché, environs 50-70% font partie de la classe Azo, suivie par la classe des anthraquinones. Les colorants azoïques sont très stables aux irradiations ultraviolettes et à la lumière visible. De plus, ils présentent une résistance à la dégradation en milieu aérobie et peuvent être réduits en amines aromatiques potentiellement cancérogènes dans des conditions anaérobiques .

La réalisation de diverses méthodes de dégradation et de minéralisation des effluents colorés a suscité une attention croissante. La chloration et l’ozonation ont été employées pour l’élimination de certains colorants en dépit de leur faible rendement et leurs frais d’exploitation élevés [7,8]. Par conséquent, et afin de surmonter les inconvénients de certaines méthodes de traitement conventionnel, beaucoup de scientifiques et d’ingénieurs ont proposé des procédés d’oxydation avancés (POAs). Parmi ces POAs, l’application des ultrasons comme une méthode alternative pour l’élimination des colorants dans l’eau a montré un grand intérêt ces dernières années Le présent chapitre fait l’objet de l’étude de l’élimination du Basic Red 29dans l’eau par ultrasons. Le colorant en question est un colorant basique qui appartient à la classe des azoïques, très utilisé par les industries textile, papeterie et tannerie, et a fait l’objet de très peu de travaux de recherche dans le domaine de la dégradation ou l’élimination de ce dernier des rejets colorés. La dégradation a été réalisée dans un sonoréacteur opérant à une fréquence de 300 kHz et diverses puissances électriques. Les manipulations expérimentales menées lors de ce travail avaient comme but d’une part d’évaluer les effets des conditions opératoires tellesque la concentration initiale, le pH initial des solutions, la puissance électrique, et d’autre part, les effets de quelques additifs comme le Fe2+, le Fe3+ et le TiO2 sur le traitement sonochimique des solutions synthétiques du Basic Red 29. L’influence des mélanges TiO2/ Fe2+ et TiO2/ Fe3+ sur le rendement de la dégradation a également été examinée. L’étude de l’élimination du Basic Red 29 a été effectuée au sein de quelques matrices naturelles, et finalement le suivi des taux d’abattement de la matière organique des solutions du Basic Red 29 par le traitement avancé choisi a été réalisé.

Appareillage

Les expériences de l’élimination du BR29 par ultrasons ont été réalisées en utilisant un volume de 300 mL. La température de la solution a été maintenue constante à la valeur désirée (25°C ± 2) par circulation d’eau dans la double enveloppe. Le pH des solutions du colorant étudié a été ajusté par ajout d’hydroxyde de sodium (NaOH) ou d’acide chlorydrique (HCl).La demande chimique en oxygène (DCO) a été déterminée selon le protocole expérimental, présenté par Thomas et Mazas [12], utilisant le dichromate de potassium (K2Cr2O7) comme oxydant dans un milieu fortement acide (H2SO4). L’opération a été effectuée en présence d’un catalyseur d’oxydation (Ag2SO4) et d’un complexant des ions Cl¯ (l’ion Hg2+). Les échantillons (2 mL) prélevés au cours de la sonolyse ont été transférés dans les flacons de DCO qui sont portés à 150 °C pendant deux heures. L’excès de dichromate de potassium a été déterminé à l’aide d’un spectrophotomètre UV-visible.

Effet de la concentration initiale du colorant

Pour étudier l’effet de la concentration initiale du colorant sur l’efficacité dela dégradation ultrasonore, des solutions de BR29 à différentes concentrations (5-200 mg/L) ont été irradiées à pH 5,6. Les résultats obtenus sont illustrés sur la Figure II.2.D’après cette figure, l’efficacité de la dégradation diminue lorsque la concentration initiale de BR29 augmente, ce qui est en accord avec les résultats de la littérature [13-16]. Pour une concentration initiale de 30 mg/L, l’élimination complète du colorant est achevée après 120 minutes d’irradiation alors que des rendements d’élimination de 100, 98,4, 76,6, 71,8, 68,6, 58,5 et 43,9% sont atteints pour des concentrations initiales en BR29 de 5, 10, 20, 30, 60, 100 et 200 mg/L respectivement.Le colorant utilisé lors de cette étude est un composé non-volatil et hydrophile qui tend à rester dans le volume de la solution de sorte que sa dégradation est principalement attribuée aux radicaux hydroxyles à la fois au niveau de l’interface bulle/solution et dans la solution [20]. La Figure II.3 montre que la vitesse initiale de dégradation augmente au fur et à mesure que la concentration initiale du BR29 augmente. Cependant, on n’a pas observé une relation linéaire entre la vitesse initiale de dégradation et la concentration initiale en substrat, comme prévu pour une loi cinétique de premier ordre .