Étude de la co-adsorption de tensioactifs sur charbon actif dans l’eau

Laboratoire de Génie Chimique, Traitement des Eaux Université de Limoges, U.E.R. des Sciences 123, Avenue Albert-Thomas, 87060 Limoges Cedex, France.

Résumé

L’adsorption statique de quantité micromolaire de bromure de benzyldodécyldiméthylammonium (BBDDA) sur du charbon actif en poudre a été étudiée dans l’eau distillée seule, puis en présence de sels minéraux NaCl et CaCl₂ et de composés organiques : le naphtol-2, le nonylphénoxyheptaéthoxyéthanol (NP8) et le dodécylétherpentaéthoxyéthanol (DE6). Les trois premiers composés ne modifient pas la capacité ultime d’adsorption du BBDDA (Γ^∞ = 0,59 mmol.g^–1), déterminée à partir des isothermes de Langmuir. Par contre, la co-adsorption en présence de NP8 ou de DE6 diminue fortement cette capacité ultime. L’utilisation d’un modèle montre que l’adsorption se ferait sur des sites spécifiques avec une inhibition due à la présence de l’autre composé. La détermination du potentiel zêta des suspensions de charbon a été faite sur le charbon seul (ζ = -22 mV), puis sur des suspensions de charbon contenant de 10^–4 à 10^–2M NaCl (ζ = -13 mV) ou 10^–2M CaCl₂ (ζ = -9 mV). La présence du tensioactif cationique dans tous les cas augmente la valeur du potentiel zêta vers des valeurs plus positives (-2 mV). La réduction de ce potentiel permet d’avoir une estimation de l’épaisseur de la « couche diffuse » de Debye-Hückel.

Abstract

The purpose of this study is to examine the adsorption onto activated carbon of a cationic surfactant in micromolar quantity comparatively to anionic and nonionic surfactants formerly studied. The benzyldodecyldimethylammonium bromide : CH₃ (CH₂)_,i (C₆ H₅ CH₂) [math] (CH₃)₂Br^– (BBDDA) has been synthetized and purified to compared also the adsorptoin properties of the benzyl group to the commercial hexadecyltrimethylammonium bromide. Mixed adsorption is studied with 2-naphtol and nonionic surfactants as co-adsorbats : nonyphenoxyheptaethoxyethanol (NP8) and dodecyletherpentoathoxyethanol (DE6). Langmuir or Freundlich isotherm equations were found to give a good representation of experimental data. The ultimate adsorption capacity (Γ^∞ and equilibrium constant K were deduced : Γ^∞ = 0,59 mmol.g^–1 and K = 5.10^–6 1.mol^–1. Γ^∞ is also estimated from kinetic curves and compared to Langmuir determination. The addition of NaCl and CaCl₂ in the range 0 - 0,15 M enhaced the adsorption capacity (by increasing K values) but Γ^∞ was not significantly modified.

However, the adsorption capacity for the cationic surfactant is quite reduced (K is diminished) in presence of 2-naphtol as co-adsorbat but F00 has the some value. This shows the existence of specific adsorption sites for the two compounds. NP8 or DE6 diminished also the ultimate capacity adsorption of the BBDDA :Γ^∞ = 0,38 for a mole fraction of 0,36 in NP8 and Γ^∞ = 0,32 mml.g^–1 for 0,47 in mole fraction of DE6; the carbon is saturated. The occurence of specific sites is infered using a model with an inhibition effect of the co-adsorbats.

The ’’zeta potential’’ measurement on powdered carbon suspensions indicates that the initial negative value Γ^∞ = -22 mV is increased w,ith NaCl or CaCl₂ molarity, reaching -13 mV in 10^–2M NaCl and -9 mV in 10^–2M CaCl₂. The cationic surfactant adsorption reduces also the zeta potential : its variation reaches 14 mV in 10^–4M CaCl₂ or NaCL. Using the number of adsorbate molecules and Δζ we can estimate the thickness of the diffuse Debye layer: 0,4 nm which indicates the proximity of the counter ions Br^– to ionic head group of cationic surfactant.