Publications d’articles scientifiques

Publications d’articles scientifiques

Voici les dernières publications menées par des stagiaires et chercheurs du CNETE parues cet automne dans les revues scientifiques. On félicite pour leur travail Antonio Avalos Ramirez, Beatriz Delgado Cano et surtout Noelia Muñoz García et Fatiha Lahgui en charge de la rédaction!

Récupération sélective du zinc à partir de batteries alcalines usagées par lixiviation multi-étapes avec des sels d’ammonium

Noelia Muñoz García · Joel Gutierrez Martinez · José Luis Valverde · Beatriz Delgado Cano · Jacques Huot · Michèle Heitz · Antonio Avalos Ramirez

Le recyclage des métaux issus des batteries alcalines usagées est essentiel pour leur gestion appropriée et pour promouvoir une consommation durable des batteries. Les techniques de recyclage hydrométallurgiques, telles que la lixiviation, jouent un rôle croissant dans le recyclage des batteries. Dans cette étude, le zinc (Zn) a été récupéré de manière sélective à partir de la masse noire (BM) de batteries alcalines usagées par lixiviation chélatante, en utilisant des sels d’ammonium comme agents chélatants dans des unités de lixiviation simple et multi-étapes.

L’effet de la concentration de l’agent de lixiviation, de la température, du ratio solide/liquide (S/L), d’un prétraitement par lixiviation neutre et de l’ajout d’hydroxyde d’ammonium (NH4OH) à la solution de lixiviation sur l’extraction sélective du Zn a été étudié. Les résultats de la lixiviation en une seule étape ont révélé une efficacité maximale d’extraction du Zn de 69,3 ± 0,4% en poids, en utilisant une solution de carbonate d’ammonium ((NH4)2CO3) 2M à 25°C et un ratio S/L de 1/10 (g de BM/mL de solution). L’ajout de NH4OH 1M a augmenté l’extraction de Zn à 79,0 ± 1,9% en poids. Ces conditions de lixiviation en une seule étape ont ensuite été utilisées pour tester trois systèmes de lixiviation multi-étapes : flux de solides en série, flux de liquide en série et flux contre-courant solide-liquide.

L’efficacité de récupération a été maintenue, et parfois améliorée, dans les configurations multi-étapes, atteignant une efficacité maximale de près de 90%. De plus, l’extraction cumulative de zinc dans les configurations multi-étapes était la suivante : 145,6 g de Zn/kg de BM dans le système à trois unités de solides en série, 433,5g de Zn/kg de BM dans le système à quatre unités de liquide en série, et 132,46 g de Zn/kg de BM dans le système à deux unités en contre-courant. Ces concentrations ont été obtenues avec une BM brute contenant 240,9g de Zn/kg de BM. Ces résultats montrent que le zinc peut être extrait de manière sélective à partir de matrices contenant d’autres métaux, ce qui permet le développement de méthodes efficaces et rentables pour le recyclage des ressources issues des batteries usagées.

Récupération sélective du zinc à partir de piles alcalines via un processus de lixiviation basique et utilisation d’un jumeau numérique basé sur l’apprentissage automatique à des fins prédictives

Noelia Muñoz García · José Luis Valverde · Beatriz Delgado Cano · Michèle Heitz · Antonio Avalos Ramirez

 recyclage des métaux contenus dans les piles usagées présente à la fois des avantages environnementaux et économiques, en particulier lorsqu’ils sont extraits et purifiés à l’aide de procédés respectueux de l’environnement. Deux agents de lixiviation basique ont été testés et comparés : l’hydroxyde d’ammonium (NH₄OH) et l’hydroxyde de sodium (NaOH). Avec une solution de NH₄OH 4 M à 25°C, 30,5 ± 0,7% en poids de zinc (Zn) a été dissous pour un rapport solide/liquide (S/L) de 1/10 (g de masse noire (BM)/mL de solution). En revanche, avec une solution de NaOH 6 M à 70°C et un rapport S/L de 1/5 (g de BM/mL de solution), 69,9 ± 2,8% en poids du Zn initialement présent dans la BM des piles alcalines a été lixivié.

Une représentation virtuelle des données expérimentales a été proposée sous forme de jumeaux numériques du processus de lixiviation basique de la BM. Pour cela, 90% des données expérimentales ont été utilisées pour entraîner une procédure d’apprentissage supervisé impliquant 600 réseaux de neurones artificiels (RNA) différents et utilisant jusqu’à 12 fonctions d’activation. Une analyse ANOVA a permis de sélectionner le RNA le plus adapté. Après l’étape d’entraînement, le réseau a été testé en prédisant les sorties pour des entrées qui n’avaient pas été utilisées lors de l’apprentissage, afin d’éviter le surajustement dans un processus de validation utilisant 10% des données. Le meilleur modèle a été employé pour estimer le degré de lixiviation des différents métaux pouvant être extraits de la BM, avec un écart inférieur à 10% pour les composés hautement concentrés comme le Zn.

Développement d’un nouveau biosorbant à base de billes de chitosane réticulées avec une haute efficacité d’élimination du Bleu Brillant FCF

Fatiha Lahgui · Beatriz Delgado Cano · Antonio Avalos Ramirez · Michèle Heitz · Hafida Hadjar · Samia Kaddour

Les effluents contenant des colorants anioniques synthétiques peuvent représenter un risque pour les écosystèmes et doivent être traités avant leur rejet dans l’environnement. La biosorption, un procédé simple et efficace, constitue une solution prometteuse pour le traitement de ces effluents. Dans cette étude, des billes de chitosane ont été réticulées avec de l’épichlorhydrine afin de produire un biosorbant hautement stable et performant pour l’élimination du colorant Bleu Brillant FCF.

Le biosorbant a été caractérisé par l’analyse de ses groupes fonctionnels en surface, sa composition élémentaire, sa cristallinité et sa morphologie de surface. La réticulation avec l’épichlorhydrine a significativement amélioré la capacité de biosorption des billes de chitosane. Une capacité maximale de biosorption de 600mg/g, correspondant à une efficacité d’élimination de 99%, a été observée à un pH de 3,0, une dose de biosorbant de 0,5g/L, une concentration initiale en colorant de 300 mg/L, un temps de contact de 10h et une température de 323K.

La biosorption du Bleu Brillant FCF sur les billes de chitosane réticulées avec l’épichlorhydrine suit le modèle d’isotherme de Langmuir et une cinétique d’adsorption de pseudo-second ordre. Les paramètres thermodynamiques indiquent un processus de biosorption spontané. La présence d’anions tels que NO₃⁻ et SO₄²⁻ peut interférer avec la biosorption du colorant, tandis que Cl⁻ n’a pas d’effet significatif. Après trois cycles de biosorption/désorption, le biosorbant a conservé une efficacité d’élimination de 97% et un taux de désorption supérieur à 98%.

Le chitosane est un biomatériau disponible à l’échelle mondiale et peu coûteux, présentant un fort potentiel pour être utilisé comme biosorbant dans le traitement des effluents industriels contenant des composés anioniques, tels que les colorants.

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