Adsorption simple

Principe

L'adsorption est un phénomène physique de fixation de molécules sur la surface d'un solide. Ce phénomène est utilisé pour "récupérer" des molécules indésirables de fluide (liquides ou gazeuses) dispersées dans un solvant. La fixation provient de l'établissement, entre le solide et les molécules, de liaisons de Van Der Waals ( liaisons de type électrostatique de faible intensité, avec des énergies d'interaction entre 5 et 40 kJ/mol)

On parle aussi d'adsorption physique, pour la différencier de l'adsorption chimique qui met en jeu des forces de plus grande intensité (du type liaison covalente), et qui modifie la structure moléculaire du soluté (contrairement à l'adsorption physique), ce qui rend en général le processus irréversible.

La relation empirique de Freundlich relie la pseudo-concentration à la surface du solide à la concentration dans la phase porteuse fluide.

A l'équilibre, on a :

X/M = K c^(1/n)

avec : X/M masse de soluté adsorbée par unité de masse d' adsorbant

c concentration de soluté à l'équilibre

K et n sont des constantes énergétiques.

Remarque : à T=cte il s'agit d'isothermes de Freundlich.

L'adsorption est favorisée :

Performance

L'efficacité se mesure en pourcentage de la masse de produit adsorbé par rapport à la masse de l'adsorbant. Elle est en générale inférieure à 30 %.

Applications

Le principal adsorbant utilisé en pratique est le charbon actif, obtenu à partir de matières organiques (bois, tourbe) carbonisées, puis activées (on dégage les cavités remplies de goudron lors de la carbonisation). Le charbon actif peut être obtenu soit sous forme de poudre (on obtient des pores de quelques µm de dimension), soit sous forme de grain . Le charbon actif peut être régénéré (par désorption) selon trois procédés (à la vapeur, thermique, chimique).

L'adsorption est essentiellement utilisée pour le traitement de l'eau et de l'air.

L'eau :

Pour l'épuration des eaux résiduaires, on utilise en général du charbon actif en grains, en raison des possibilités de réactivation. L'adsorption sur charbon actif est destinée à traiter des matières organiques réfractaires, ne se trouvant pas en quantité trop importante, car cela saturerait trop rapidement les surfaces adsorbantes et nécessiterait une régénération coûteuse et fréquente. L' adsorption sur charbon actif intervient au niveau tertiaire dans les chaines de traitement des eaux(pour l'affinage), ou pour extraire des métaux lourds d'eaux résiduaires industrielles.

L'air :

L'adsorption est également utilisée pour dépolluer l'air et de nombreux gaz industriellement importants. Le gaz doit parfois être pré-traité par filtration, afin d'enlever les particules les plus grosses, risquant d'obstruer le lit adsorbant.Les applications principales sont l'élimination des odeurs désagréables (provenant de la fabrication de produits alimentaires, de fabriques de cuirs et de textiles,et des installations de gaz naturel), et celle des solvants volatils. On peut aussi citer l'utilisation de l'adsorption sur charbon actif pour dépolluer l' air de vapeurs d'essence, ce qui a une application immédiate en automobile, pour améliorer la qualité de l'air au niveau de l' habitacle.

La diversité des solides adsorbants, en particulier des charbons actifs, qui sont ici aussi les plus utilisés, permet un traitement spécifique pour de nombreux polluants, mais nécessite de bien connaitre la composition du gaz à traiter, afin de choisir le charbon actif qui conviendra le mieux.