Electropermutation d’une solution multicationique

Dans le chapitre précédent, l’efficacité de l’EP sur REC pour l’élimination des ions Cd(II) d’une solution monocationique a été démontrée. Plusieurs paramètres influençant la technique ont été également étudiés. Selon la littérature, beaucoup de travaux antérieurs ont montré d’ailleurs l’efficacité de cette technique pour l’élimination des métaux lourds des solutions de faibles concentrations (Ezzahar et al., 1996; Basta et al., 1998; Smara et al., 2005; Vasilyuk et al., 2004; Dzyazko et Belyakov, 2004), des nitrates des eaux potables (Kabay et al., 2007; Danielsson et al., 2006), pour la séparation du césium (Mahendra et al., 2013) et pour l’épuration des acides (Boutemine, 2009; Mecibah, 2012). Cependant très peu de travaux ont porté sur l’étude des phénomènes qui gouvernent le processus de ce procédé ainsi que la corrélation qui existe entre eux. C’est pourquoi ce chapitre porte sur l’étude de la corrélation entre l’affinité des MEIs vis-àvis des cations métalliques bivalents et les processus conduisant à leur élimination (échange et transfert) par EP. Pour réaliser cette étude, nous avons choisi des cations métalliques (Cd(II), Zn(II), Pb(II) et Mg(II)) qu’on rencontre souvent dans la pollution minérale. Ces cations ont la même valence et possèdent des propriétés physico-chimiques nettement différentes lors qu’ils sont en solution aqueuse, telles que la mobilité et la taille ionique d’hydratation (Kielland, 1937; Marcus, 1988). Afin de corréler les résultats d’élimination au transfert des cations étudiés et à l’affinité des MEIs vis-à-vis de ces cations, des études expérimentales ont porté d’une part sur détermination de l’affinité des MEIs vis-à-vis des cations étudiés et sur la quantification de l’élimination et du transfert des mêmes cations à travers les MEIs d’autre part. L’EP a été appliquée dans les conditions opératoires optimisées dans le chapitre précédent à une solution multicationique. L’interprétation des résultats de transfert de masse et d’élimination sera faite par rapport à la nature de la MEC utilisée, du cation d’ER et du co-ion.

Fixation des cations métalliques sur les matériaux échangeurs d’ions

L’affinité des MEIs vis-à-vis des cations métalliques étudiés pourrait jouer un rôle important dans les processus qui gouvernent l’EP de solution de cations métalliques. Dans le but d’examiner cette affinité, des expériences d’équilibrage en mode batch ont été réalisées. Pour cela des morceaux de 4 cm2 (2 cm × 2 cm) de différents types de MECs (CMX, CDS et N-117), et 1 g de REC (C-100) à l’état sec ont été utilisés. La solution multicationique étudiée contient les quatre cations métalliques (Cd(II), Pb(II), Zn(II) et Mg(II)) à une concentration de 10−3 éq.L−1pour chaque cation. La procédure expérimentale d’équilibrage est décrite dans le chapitre III (§ III.2.4.1). Les résultats de cette étude sont exprimés en termes de capacité de fixation, de taux de fixation et de coefficient de sélectivité des cations métalliques par les MEIs. Les résultats obtenus (tableau V.1) montrent que pour des cations métalliques présents à la même concentration dans un mélange, la capacité de fixation sur le même MEI diffère d’un métal à un autre. On constate que pour tous les MEIs testés, la capacité de fixation ainsi que le taux de fixation des cations métalliques, qui reflètent l’affinité des MEIs pour les cations étudiés suivent le même ordre : Pb(II) > Cd(II) > Zn(II) > Mg(II). Ce résultat signifie que l’affinité des MEI étudiés est déterminée beaucoup plus par les propriétés physico-chimiques des cations métalliques (Cd(II), Zn(II), Pb(II) et Mg(II)) que par celles des MEIs.

Electroextraction des cations métalliques par électropermutation

Le principe de l’électroextraction consiste tout d’abord en la fixation de l’ion à extraire sur un lit échangeur d’ions (la résine), ensuite le déplacer par un autre ion (provenant du compartiment donneur) et enfin sous l’effet du champ électrique l’ion à extraire est transféré dans le concentrât (Ezzahar et al., 1996; Basta et al., 1998; Smara et al., 2005). On peut résumer que l’EP s’appuie alors sur trois processus: fixation, déplacement et transfert (figure V.1). Le but de l’électroextraction des cations métalliques par EP est double: (i) Epurer une solution contenant des cations polluants à faibles concentrations; (ii) Obtenir par ailleurs une solution suffisamment concentrée pour récupérer ces métaux par électrodéposition (Smara et al., 2007). Afin d’éviter une période transitoire qui consiste en la fixation des cations sur le MEI, ce dernier est équilibré préalablement avec la solution multicationique à traiter. Tous les paramètres opératoires ont été fixés à leurs valeurs optimales obtenues dans le chapitre précédent. Pour l’étude de l’influence de la nature de la MEC nous avons testé trois types de membranes (CMX, CDS et N-117). Pour l’étude de l’influence de la nature du cation d’ER et celle du co-ion nous avons testé deux groupes d’électrolytes: (HNO3, NaNO3 et NH4NO3) et (HNO3, HCl et H2SO4) respectivement. À fin de déterminer les quantités de cations métalliques retenus par les MEIs à la fin de chaque expérience, ces MEIs ont été désorbés dans une solution de HNO3 (à 1 N).