Production de charbon activé à partir de noix de coco pour l’amélioration des qualités organoleptiques des eaux fluorées

 Le charbon actif

Composition du charbon

La composition du charbon peut être représentée selon le schéma suivant: Figure. 2 -Les Minéraux Les minéraux sont des morceaux de roches, de tailles diverses, sédimentés en même temps que la matière organique. Ce sont des aluminosilicates : grés, schistes, tufs volcaniques etc.…Après combustion ces minéraux constituent les cendres et les scories. L’analyse des cendres révèle des éléments majeurs (silice, aluminium, calcium) et des éléments en trace : soufre, chlore, fluor, sodium ou phosphore, substances qui font l’objet de limites dans les spécifications contractuelles en raison de leur incidence sur l’environnement ou les procédés. Minéraux 10% Charbon ss. 68% Eau 12% Volatiles 10% 8 -La matière organique Le charbon au sens strict est la partie de couleur noire et d’origine organique. Suivant son aspect macroscopique on distingue: – Le fusain, fibreux, qui dérive de produits ligneux – Le durain, mat, provenant de spores et de feuilles – Le clarain, semi-brillant, et de même provenance, – Et le vitrain, brillant, formé d’une gelée cellulosique amorphe. -L’eau La teneur en eau caractérise l’évolution des charbons et varie en raison inverse de leur pouvoir calorifique. Lors de leur enfouissement progressif les débris végétaux sont soumis à une pression et à une température croissantes (100 bars et 50 °C à 1000 mètres), ce qui se traduit par une compression (10m. donnent 1 à 2m de charbon), principalement par expulsion d’eau. On distingue l’eau libre et l’eau liée. L’eau libre est, par définition, celle qui s’évapore à la température ordinaire, l’eau liée celle qui s’évapore dans un courant d’air à 105 °C. Elle représente la plus grande partie de l’humidité, notamment dans les lignites, l’eau liée, ou de constitution, restant en général de moins de 10%. -Les Volatiles Les matières volatiles sont des gaz adsorbés durant la formation des charbons et emprisonnés dans ceux ci à une pression partielle voisine de celle de leur formation. Il s’agit essentiellement de CO2, de méthane (CH4) et autres hydrocarbures, ainsi qu’un peu d’argon et d’hydrogène. La teneur en volatiles diminue avec l’évolution du charbon en raison de conditions thermodynamiques croissantes, les gaz expulsés migrant vers la surface et pouvant être à l’origine de certains gisements pétroliers. Le pouvoir calorifique de ces volatiles n’est pas nul mais il est inférieur à celui du charbon proprement dit. Un charbon dé volatilisé (coke par exemple) a donc un pouvoir calorifique supérieur à celui du charbon dont il dérive. Lorsque les charbons sont mis à l’atmosphère, les pressions partielles des gaz ont tendance à s’équilibrer avec la pression atmosphérique ; on obtient ainsi par exemple, un dégagement de gaz, notamment de méthane c’est à dire de grisou (gaz inflammable et explosible qui se 9 dégage de la houille). La teneur en méthane est en moyenne très importante dans les gisements souterrains alors qu’elle est pratiquement nulle dans les carrières le méthane s’étant échappé avant leur exploitation.

Méthode de fabrication du charbon activé

La fabrication du charbon actif est possible avec tous les corps contenant du carbone (bois, charbon, noix de coco, résidus pétrolier…) La carbonisation du composé contenant du carbone seule ne suffit pas pour avoir du charbon actif à grande surface spécifique servant à l’adsorption. Il existe deux méthodes d’activation du charbon consistant à augmenter son pouvoir adsorbant : – Activation physique Elle est pratiquée essentiellement sur des charbons de houille plus riches en lignites et tourbes. Ils sont notamment utilisés en raison de leurs propriétés mécaniques favorables. Après le broyage d’un mélange convenablement dosé de différents charbons, une agglomération permet d’obtenir la granulométrie recherchée. Les grains subissent alors une phase de carbonisation en four rotatif au cours de la quelle les volatils sont éliminés et la porosité apparait. La dernière étape consiste en une activation en four à sole en présence de vapeur d’eau .on provoque ainsi l’élimination des hydrocarbures résiduels et le produit acquiert ses caractéristiques essentielles relatives à son réseau de micro pores (0,4 à 2nm) qui lui confère une très grande surface spécifique. Le procédé le plus important industriellement est l’activation à la vapeur d’eau qui s’effectue entre 900 et 1100°C ; toutefois ce procédé peut être remplacé par une activation au dioxyde de carbone à plus haute température. – Activation chimique L’activation chimique est généralement effectuée par carbonisation, en présence d’agents chimiques, des matières premières résineuses : bois, sciure de bois, tourbe. Les procédés sont basés sur la déshydratation du matériau de départ par d’importantes quantités d’agents déshydratants tels que le chlorure de zinc Zn Cl2 ou l’acide orthophosphorique H3PO4 à des températures comprises entre 400 et 700 °C. Il faut ensuite procéder à des lavages soignés et répétés pour l’élimination des excès de réactifs et l’obtention à la fin du charbon actif en poudre.3-3 La Structure poreuse du charbon activé Les observations au microscope électronique à balayage (Fig. 3, 4,5et6) montrent que quelque soit le charbon étudié, on observe une porosité très développée sur toute la surface des échantillons avec une certaine hétérogénéité. Il est clair qu’aux agrandissements pratiqués, les micropores dont les diamètres sont inférieurs à 20 Å et les mésopores dont les diamètres sont compris entre 20 et quelques centaines de Å, ne pourront être mis en évidence. On peut remarquer, l’aspect tourmenté de la surface, l’existence de macrofractures et la présence d’une multitude de fines particules attachées au charbon actif. Ces particules son 11 beaucoup plus visibles sur tous les charbons CAP2 et CAP3, elles peuvent être attribuées à des impuretés acquises lors de la préparation mais aussi une réminiscence de l’origine végétale du charbon. Fig. 3 fig. 4 Fig. 5 fig. 6 Fig.3, 4,5et 6 Observation des charbons étudiés par microscopie électronique à balayage (6 ,7) Le charbon actif est constitué sur sa surface de réseaux de pores qui servent de grands canaux de pénétration de molécules organiques mais ne retiennent pas avec une grande capacité les matières organiques 12 On trouve généralement trois types de réseaux de pores : – Les micropores de largeur inférieure à 2nm – Les méso pores de largeur comprise entre 2nm et 50nm – Les macropores de largeur supérieure à 50nm C’est dans ces domaines que viendront se fixer les molécules organiques.