Effets de la matière organique sur la réactivité de surface des particules

Les particules naturelles ont deux composantes géochimiques principales: la matrice minérale (argiles, aluminosilicates, oxydes de fer ou de manganèse, etc..) et la composante organique de nature et de composition très variables Ces deux composantes s’associent dans la sorption des métaux traces et ont des rôles plus ou moins importants, selon le métal et selon leurs abondances relatives, à l’interface eau/particule. Par exemple, Davis (1984) a montré que la complexation du Cu:’ par la matière organique adsorbée est plus importante que la complexation de cet ion par les groupes de surface hydroxyles de particules d’alumine. Alors que Young et Harvey (1992) ont étudié ¡’adsorption des métaux sur différents sédiments de lacs et ont montré que les proportions de zinc et de cadmium complexés par des groupements de surface organiques et minéraux sont comparables. Notre objectif est de déterminer l’importance relative de la complexation des métaux par la matière organique adsorbée à la surface des particules. Nous avons procédé à des expériences de formation de recouvrements organiques à la surface de particules d’alumine dont nous nous sommes servis comme adsorbant modèle. L’alumine, étant issue d’un traitement thermique à haute température, est quasiment inexistante dans les milieux naturels. Cependant, elle est couramment utilisée comme adsorbant modèle pour l’étude des mécanismes d’interaction entre les surfaces alumineuses et les ions organiques et minéraux (Huang et Stumm, 1973; Davis, 1982; Davis et Kent, 1990), en raison L’adsorption de solutés sur les surfaces d’oxydes est affectée par les propriétés physico­ chimiques de la surface. Ces propriétés englobent la composition chimique, la morphologie structurale, la distribution de taille des particules, la charge électrique de surface, la surface spécifique, la porosité, et la nature et densité des sites de surface (Dzombak et Morel, 1990). L’alumine utilisée dans ce travail est une alumine Prolabo en poudre pour polissage de qualité très douce. Les particules ont un diamètre maximal de 1.87 um. Les différentes formes de l’alumine caractérisées par le spectre de diffraction des rayons X sont par ordre d’importance le Corindon, la Gibbsite, la Nordstrandite et la Bayérite.

Nous utilisons la méthode d’ajout de sel pour déterminer le pH^ (Davis et Leckie, 1978). Pour des solutions d’eau MQ contenant 1 gl »1 d’Al203 et purifiées de C02 dissous, nous ajoutons des quantités différentes de NaN03 à différentes valeurs de pH. Ces expériences sont faites dans un vase en verre thermostaté (20°C) et sous bullage d’air ne contenant pas de C02. Un ajout de sel à pH inférieur au pH^. entraîne une augmentation du pH, alors qu’un ajout de sel à pH supérieur au pH^ donne une diminution de pH. Nous traçons ces variations de pH en fonction du pH d’origine pour toutes les expériences (figure 6.1). Les courbes relatives aux différentes forces ioniques montrent l’existence d’un point d’intersection unique qui correspond au point à effet de sel nul et qui est peu différent du point de charge nulle. Le pH^ de l’alumine utilisée dans ce travail est estimé expérimentalement à 6.81. La charge de surface de l’alumine est principalement engendrée par les réactions de transfert de protons entre les groupes hydroxyles de surface et la solution. Ces réactions comme toutes les réactions de sorption d’ions sur la surface peuvent être décrites par le modèle de la double couche électrique proposé par Stumm (Huang et Stumm, 1973; Dzombak et Morel, 1990; Stumm 1992). Le modèle décompose l’interface oxyde/eau en deux couches: une couche de surface et une couche diffuse d’ions en solution entourant la surface solide. Les ions adsorbes spécifiquement forment la couche de surface alors que tous les ions en solution mais entourant la surface solide et non adsorbes de façon spécifique forment la couche diffuse. Ces derniers sont supposés avoir une distribution de Gouy-Chapman dans la couche diffuse.