Cinétique d’adsorption en bain fini. Détermination du coefficient de diffusion effectif pour une isotherme d’adsorption de forme quelconque

Laboratoire de Physicochimie Appliquée, Département de Chimie Industrielle, Institut National des Sciences Appliquées, Avenue de rangueil, 31077 Toulouse cédex, France.

Résumé

Nous proposons une méthode de détermination du coefficient de diffusion effectif pour l’adsorption d’un soluté par un adsorbant de forme sphérique, dans le cas du modèle de diffusion homogène.

La méthode peut être appliquée sans restriction à tous les types dfisothermes d’équilibre d’adsorption. De plus, elle peut tenir compte de la résistance externe au transfert de matière. Après avoir modélisé la concentration interfaciale en fonction du temps par un polynome de degré m, on montre qu’il existe une expression analytique simple donnant la concentration moyenne dans le solide en fonction du temps. La valeur du coefficient de diffusion effectif est ajustée pour obtenir la coincidence entre les courbes modèles et les courbes expérimentales.

On montre que cette méthode permet de rendre compte avec succès de la cinétique d’adsorption de l’eau dissoute dans le benzène par une résine échangeuse d’ions, ainsi que du traitement par le charbon actif de l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique en solution aqueuse.

Abstract

We present a method for determining the effective diffusion coefficient for adsorption on solids. The adsorbent is supposed to be spherical.

This method can be used for finite bath experiments. No definite shape is needed for the adsorption isotherm ; more, external mass transfert resistance can be accounted for. First, the interfacial concentration as a function of time is fitted to a m-degree polynomial. Using a solution of Fick’s second law for diffusion in a sphere considered as an homogeneous media as given by Crank, we could develop an analytical relationship giving the average concentration in solid phase as a function of time. Numerical value of effective diffusion coefficient is adjusted for agreement between model and experimental curves.

As examples, the method was used to correlate experimental data dealing with adsorption of water by ion-exchange resin and with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid removal from aqueous solution using activated carbon.