FR3083224A1 - Procede de decontamination de metaux lourds dans une solution aqueuse - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de dépollution par voie électrochimique d'une solution aqueuse contenant au moins un métal lourd, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) une étape de mesure du pH de la solution aqueuse, éventuellement suivie d'une étape d'adaptation dudit pH par l'addition d'un acide fort ou d'une base forte, b) la mise en contact de ladite solution aqueuse avec une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail comprenant un substrat conducteur, c) l'application d'un potentiel constant à l'ensemble, ce par quoi on forme un film d'au moins un métal lourd sur ladite électrode de travail, cette étape pouvant être réitérée lorsque la solution aqueuse contient plusieurs métaux lourds, et d) la récupération d'une solution aqueuse dépolluée et dudit film.
Description
PROCÉDÉ DE DÉCONTAMINATION DE MÉTAUX LOURDS DANS UNE SOLUTION AQUEUSE
La présente invention a pour objet un procédé de décontamination de métaux lourds dans une solution aqueuse, par la mise en oeuvre d’un procédé électrochimique.
La pollution métallique peut être due à différents métaux comme l’aluminium, l’arsenic, le chrome, le cobalt, le cuivre, le manganèse, le molybdène, le nickel, le zinc... ou encore à des métaux lourds comme le cadmium, le mercure ou le plomb, plus toxiques que les précédents. De multiples activités humaines en sont responsables. Cette pollution provient en effet essentiellement des rejets d’usines, notamment de tanneries (cadmium, chrome), de papeteries (mercure), d’usines de fabrication de chlore (mercure) et d’usines métallurgiques, des épandages sur les sols agricoles de boues résiduelles de stations d’épuration, de l’utilisation de certains fongicides (mercure), des retombées des poussières atmosphériques émises lors de l’incinération de déchets (mercure) ou de la combustion d’essence automobile (plomb), ou encore du ruissellement des eaux de pluie sur les toitures et les routes (zinc, cuivre, plomb).
La pollution métallique pose un problème particulier, car les métaux ne sont pas biodégradables. En outre, tout au long de la chaîne alimentaire, certains se concentrent dans les organismes vivants. Ils peuvent ainsi atteindre des taux très élevés dans certaines espèces consommées par l’homme, comme les poissons.
Actuellement, les procédés de dépollution ou décontamination pour éliminer ces polluants, et notamment les métaux lourds, se font principalement par des procédés physico-chimiques comme la précipitation en solution sous forme de poudre, ou des procédés membranaires. Ces méthodes nécessitent de filtrer la poudre et ne permettent pas forcément de séparation avec le cadmium.
La présente invention a pour but de fournir un procédé simple de décontamination de métaux lourds dans une solution aqueuse, permettant notamment la séparation efficace du plomb et du cadmium.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir un procédé de décontamination de métaux lourds dans une solution aqueuse, peu onéreux et nécessitant un apport en énergie électrique très faible.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir un procédé de décontamination de métaux lourds dans une solution aqueuse, permettant de s’affranchir de l’étape de filtration usuellement nécessaire pour récupérer les matériaux sous forme de poudre.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir un procédé de décontamination de métaux lourds dans une solution aqueuse, efficace malgré la présence de sels divers dans la solution comme les chlorures, sulfates, nitrates ou acétates et quelles que soient leurs concentrations.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé de dépollution par voie électrochimique d’une solution aqueuse contenant au moins un métal lourd, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de mesure du pH de la solution aqueuse, éventuellement suivie d’une étape d’adaptation dudit pH par l’addition d’un acide fort ou d’une base forte,
b) la mise en contact de ladite solution aqueuse avec une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail comprenant un substrat conducteur,
c) l’application d’un potentiel constant à l’ensemble, ce par quoi on forme un film d’au moins un métal lourd sur ladite électrode de travail, et
d) la récupération d’une solution aqueuse dépolluée et dudit film, dans lequel les étapes a), b), c) et d) peuvent être réitérées lorsque la solution aqueuse contient plusieurs métaux lourds.
Le procédé de l’invention est particulièrement avantageux et efficace car il permet l’élimination totale de métaux lourds comme le plomb, quelles que soient les concentrations des métaux lourds, les espèces chimiques présentes dans la solution à dépolluer (chlorures, sulfates, nitrates ou acétates) et leurs concentrations (force ionique).
Le procédé de l’invention est en outre très peu coûteux et le matériel, notamment les électrodes, peut être utilisé plusieurs fois sans perte d’efficacité.
Ce procédé est également avantageux en ce qu’il est effectué à température ambiante et à l’air, avec du matériel simple et peu onéreux, et avec un apport en énergie électrique très faible.
Les rendements de décontamination atteints avec ce procédé sont tels qu'il est possible d'envisager le traitement d'eaux pour un recyclage en milieu industriel, d’effluents industriels avant rejet ou en complément de traitements classiques.
Selon l’invention, la solution aqueuse contenant au moins un métal lourd telle que définie ci-dessus est également nommée ci-après « solution aqueuse à décontaminer >>, « solution aqueuse contaminée >>, « solution aqueuse à dépolluer >> ou « solution aqueuse polluée ».
Selon l’invention, la solution aqueuse obtenue à l’issue du procédé est également nommée ci-après « solution aqueuse dépolluée >> ou « solution aqueuse décontaminée >>.
Selon un mode de réalisation, la solution aqueuse à décontaminer comprend au moins 0,5 mg/L d’au moins un métal lourd.
Selon un mode de réalisation, ladite solution aqueuse comprend d’environ 0,5 mg/L à 100 mg/L d’au moins un métal lourd.
Selon l’invention, le terme « métal lourd >> désigne un élément métallique naturel, de densité supérieure à 5 g/cm3, et qui peut affecter la vie marine et/ou les êtres vivants à partir d’une certaine concentration.
Parmi les métaux lourds, on peut citer par exemple le plomb, le cuivre, le nickel, le mercure, l’aluminium, le titane, l’arsenic, l’argent, le bismuth, et leurs mélanges.
De préférence, selon l’invention, les métaux lourds présentent la possibilité de produire des oxydes conducteurs. De façon encore préférée, les métaux lourds présentent la possibilité de produire des oxydes conducteurs, en particulier dont le produit de solubilité (pKs) est faible, notamment inférieur à 15.
De préférence, le métal lourd selon l’invention possède au moins deux degrés d’oxydation : initialement, le métal est soluble en solution avec un degré d’oxydation (degré 1) et ensuite il peut s’oxyder ou se réduire (degré 2) en formant un composé insoluble de type oxyde sous forme d’un film mince adhérent qui est conducteur (ou semi-conducteur) électronique.
Selon un mode de réalisation avantageux, les métaux lourds selon l’invention sont choisis dans le groupe constitué du plomb, du nickel, du cuivre et de leurs mélanges. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, la solution aqueuse comprend du plomb, du nickel, du cuivre ou un mélange de ceux-ci.
Selon l’invention, la solution aqueuse à décontaminer comprend un métal lourd unique ou un mélange de différents métaux lourds. En particulier, comme décrit plus loin, lorsque la solution aqueuse contient plusieurs métaux lourds, les étapes a), b), c) et d) peuvent être réitérées.
Etape a)
Comme indiqué ci-dessus, le procédé de l’invention comprend une étape préalable de mesure du pH de la solution aqueuse à décontaminer. Selon le pH mesuré, et afin d’obtenir une gamme souhaitée pour la mise en œuvre de la dépollution, le procédé peut en outre comprendre une étape d’adaptation du pH de ladite solution par l’addition d’un acide fort ou d’une base forte.
Comme acides forts, on peut citer par exemple les acides chlorhydrique, sulfurique ou nitrique.
Comme bases fortes, on peut citer par exemple l’hydroxyde de sodium ou l’hydroxyde de potassium.
Selon un mode de réalisation, avant l’étape a), le procédé de l’invention comprend une étape de dosage de ladite solution aqueuse à décontaminer, et ce afin de déterminer la nature et de préférence la concentration du métal ou des métaux lourd(s) présent(s) dans ladite solution. Une telle étape est effectuée selon des méthodes bien connues de l’homme du métier.
Comme expliqué plus loin, lorsque la solution à décontaminer comprend plusieurs métaux lourds, cette étape a) peut être réitérée et le pH peut alors être mesuré et adapté selon la nature des métaux lourds.
Etape b)
Le procédé de l’invention comprend en outre une étape de mise en contact de la solution aqueuse à décontaminer avec un système électrochimique.
Ladite solution aqueuse est donc mise en contact avec au moins une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail.
A titre d’électrode de référence, on peut citer toute électrode de référence utilisée de façon classique dans les dispositifs électrochimiques. Par exemple, on peut citer l’électrode au calomel saturé (ECS), l’électrode au sulfate mercureux (ESM) ou l’électrode au chlorure d’argent.
Selon un mode de réalisation, l’électrode de référence utilisée selon l’invention est une électrode au sulfate mercureux.
A titre de contre-électrode, on peut citer toute contre-électrode utilisée de façon classique dans les dispositifs électrochimiques. Par exemple, on peut citer le platine.
Selon un mode de réalisation, la contre-électrode utilisée selon l’invention est un fil de platine.
Comme indiqué ci-dessus, l’électrode de travail comprend au moins un substrat conducteur. Ce substrat conducteur peut être constitué d’un matériau choisi parmi les matériaux conducteurs, les matériaux semi-conducteurs, les métaux nobles et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, le substrat conducteur est choisi dans le groupe constitué de l’inox, des semi-conducteurs, des métaux nobles et de leurs mélanges.
Selon l’invention, l’électrode de travail peut être un substrat conducteur ou comprendre un substrat conducteur. Ainsi, selon un mode de réalisation, l’électrode de travail comprend une partie isolante et une partie conductrice. Selon ce mode de réalisation, par exemple, l’électrode de travail est formée d’une plaque de verre, recouverte au moins partiellement d’un matériau semi-conducteur, éventuellement dopé, comme le dioxyde d’étain SnO2.
Selon un mode de réalisation préféré, l’électrode de travail est une plaque de verre recouverte de SnO2 ou une électrode en inox.
Comme expliqué plus loin, lorsque la solution à décontaminer comprend plusieurs métaux lourds, cette étape b) peut être réitérée et les électrodes utilisées ne sont pas nécessairement identiques. Par exemple, on peut utiliser une première électrode de travail pour éliminer un premier métal lourd, puis une deuxième électrode de travail, de nature identique ou différente, pour éliminer un autre métal lourd.
Etape c)
Après la mise en contact des différentes électrodes avec la solution à décontaminer, on applique à l’ensemble un potentiel constant.
Selon un mode de réalisation, le potentiel à appliquer est déterminé selon la nature du métal à décontaminer et selon le pH mesuré et éventuellement adapté lors de l’étape a).
De préférence, l’étape c) selon l’invention comprend la mise en oeuvre de la chronoampérométrie au moyen d’un potentiostat.
Cette étape, à savoir l’application d’un potentiel, permet alors de former un film d’au moins un métal lourd sur l’électrode de travail telle que définie ci-dessus.
Comme expliqué plus loin, lorsque la solution à décontaminer comprend plusieurs métaux lourds, cette étape c) peut être réitérée et le potentiel peut alors être adapté selon la nature des métaux lourds. A l’issue de ces étapes c) réitérées, on obtient alors plusieurs films de métaux lourds qui sont récupérés l’un après l’autre. Comme indiqué plus haut, chaque film peut être récupéré sur des électrodes de travail différentes.
Etape d)
A l’issue de l’étape c), le film de métal lourd ou les films de métaux lourds (lorsque la solution à décontaminer contient plusieurs métaux lourds) est ou sont récupéré(s). On obtient alors en outre une solution décontaminée ou dépolluée.
De préférence, la solution obtenue à l’issue de l’étape d) est une solution aqueuse dépolluée dans laquelle la concentration en métal lourd est de l’ordre de 10-8 mol/L, soit 2,07pg/L.
Les normes de l’OMS (voir https://www.epd.gov.hk/eia/register/report/ eiareport/eia_2242014/EIA/app/app02.02.pdf) prévoient des teneurs en plomb de 10 μθ/L
Ainsi, la présente invention concerne également un film d’un métal lourd, susceptible d’être obtenu par le procédé tel que défini ci-dessus.
De préférence, le film ainsi obtenu est un film mince sous forme d’une couche adhérente dont l’épaisseur est notamment de l’ordre du micromètre, en particulier comprise entre 1 pm et 20 pm.
Lorsque la solution aqueuse à dépolluer contient du plomb, on peut mettre en oeuvre le procédé selon l’invention comme suit, selon la valeur du pH de ladite solution.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du plomb dont le pH est inférieur à 8 comprend les étapes a) et b) telles que définies ci-dessus, et l’étape c) est effectuée comme suit :
- si le pH de la solution aqueuse contenant du plomb est inférieur ou égal à 4, le potentiel de l’étape c) est compris entre 1,65 V et 1,95 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène, ENH) ; et
- si le pH de la solution aqueuse contenant du plomb est compris entre 4 et 8, le potentiel de l’étape c) est compris entre 1,15 V et 1,85 V par rapport à ΙΈΝΗ.
Selon un mode de réalisation, lorsque la solution aqueuse à dépolluer contenant du plomb présente un pH supérieur à 8, l’étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, comme par exemple HCl, HNO3 ou H2SO4, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8.
Ensuite, l’étape c) consiste à appliquer un potentiel compris entre 1,15 V et 1,85 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène).
La présente invention concerne également un procédé tel que défini cidessus, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du cuivre, dans lequel :
- si le pH de ladite solution aqueuse contenant du cuivre, mesuré à l’étape a) est supérieur à 8, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, comme par exemple HCl, HNO3 ou H2SO4, et, si ledit pH est inférieur à 4, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’une base forte comme par exemple NaOH ou KOH, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8,
- et dans lequel le potentiel de l’étape c), appliqué à ladite solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8, est compris entre 0,15 V et 0,25 V par rapport à ΙΈΝΗ.
La présente invention concerne également un procédé tel que défini cidessus, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du nickel, dans lequel :
- si le pH de ladite solution aqueuse contenant du nickel, mesuré à l’étape a) est supérieur à 8, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, comme par exemple HCl, HNO3 ou H2SO4, et, si ledit pH est inférieur à 4, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’une base forte, comme par exemple KOH ou NaOH, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8,
- et dans lequel le potentiel de l’étape c), appliqué à ladite solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8, est compris entre 1,35 V et 1,55 V par rapport à ΙΈΝΗ.
La présente invention concerne également un procédé de séparation du cadmium d’autres métaux lourds dans une solution aqueuse comprenant du cadmium et au moins un métal lourd différent du cadmium, ledit procédé comprenant la mise en œuvre des étapes du procédé de l’invention comme défini ci-dessus.
En particulier, selon ce mode de réalisation, la solution à dépolluer contient au moins du cadmium et au moins un autre métal lourd, choisi par exemple parmi le plomb, le nickel et/ou le cuivre. Ce procédé permet de séparer le cadmium étant donné que le cadmium ne peut pas être éliminé et reste donc dans la solution contrairement aux autres métaux lourds.
Comme indiqué plus haut, le procédé de l’invention peut être appliqué pour dépolluer des solutions comprenant des mélanges de métaux lourds.
Ainsi, la présente invention concerne également un procédé de dépollution par voie électrochimique d’une solution aqueuse S1 contenant au moins deux métaux lourds M1 et M2, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de mesure du pH de la solution aqueuse S1, éventuellement suivie d’une étape d’adaptation dudit pH par l’addition d’un acide fort ou d’une base forte,
b) la mise en contact de ladite solution aqueuse S1 avec une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail ET1 comprenant un substrat conducteur,
c) l’application d’un potentiel constant E1 à l’ensemble, ce par quoi on forme un film du métal lourd M1 sur ladite électrode de travail ET1,
d) la récupération d’une solution aqueuse S2, dans laquelle le métal M1 a été éliminée, et du film du métal M1 ;
e) une étape de mesure du pH de la solution aqueuse S2, éventuellement suivie d’une étape d’adaptation dudit pH par l’addition d’un acide fort ou d’une base forte,
f) la mise en contact de ladite solution aqueuse S2 avec une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail ET2 comprenant un substrat conducteur, ces électrodes pouvant être identiques ou différentes de celles de l’étape b),
g) l’application d’un potentiel constant E2 à l’ensemble, ce par quoi on forme un film du métal lourd M2 sur ladite électrode de travail ET2, les potentiels E1 et E2 étant identiques ou différents, et
h) la récupération d’une solution aqueuse S3, dans laquelle les métaux M1 et M2 ont été éliminés, et du film du métal M2.
Lorsque la solution aqueuse à dépolluer contient plus de deux métaux lourds, les étapes a), b), c) et d) (ou e), f), g) et h)) sont réitérées selon la nature du métal ou des métaux.
Selon un mode de réalisation, pour la réalisation des étapes successives de mise en présence des solutions à décontaminer, lesdites solutions peuvent être mises en présence des mêmes ensembles d’électrodes (électrode de référence, contre-électrode et électrode de travail), mais dans des bains successifs différents contenant les solutions à décontaminer. Par exemple, comme décrit plus haut, lorsque la solution à dépolluer contient deux métaux lourds M1 et M2, les électrodes sont mises en présence de cette solution, afin d’éliminer le métal lourd M1, ce qui permet d’obtenir une solution aqueuse contenant le métal lourd M2 (mais sans métal lourd M1), qui est alors récupérée. Ensuite, une électrode de travail différente, et les mêmes électrodes de référence et contre-électrode, sont mises en présence de ladite solution aqueuse contenant le métal lourd M2. On récupère alors une solution dont les métaux M1 et M2 ont été éliminés.
EXEMPLES
Pour tous les exemples décrits ci-après, le procédé de décontamination a été effectué de la manière suivante :
- un réacteur classique de 80 mL (type bêcher) ; et
- trois électrodes : une électrode de référence (au sulfate mercureux), une contre-électrode (fil de platine), et l’électrode de travail, sur laquelle va venir se déposer le film adhérent qui, soit est une plaque de verre recouverte de SnO2 soit est en inox (60x15 mm) et dont la surface de contact avec la solution est limitée par un scotch (3 cm2).
Les expériences ont été faites à l’air sans besoin de dégazage pour enlever l’oxygène dissous, à température ambiante, sous agitation constante moyenne. L’agitation a été faite par l’utilisation d’un agitateur et barreau magnétique (vitesse fixée à 250tr/min). L’intérêt de l’agitation est d’accélérer nettement le procédé.
Le procédé de décontamination se fait à l’aide d’un potenstiostat par chronoampérométrie, c’est-à-dire par l’imposition d’un potentiel constant qui reste toujours le même pendant toute la durée de l’expérience.
La valeur du potentiel imposé varie selon le métal lourd et le pH de la solution, comme précisé dans les exemples ci-après.
Le temps de l’expérience est fonction de la concentration initiale du métal lourd dissous présent en solution, car quand celui-ci est totalement éliminé, le courant devient presque nul et constant, signifiant que l’expérience est alors terminée.
Exemple 1 : Cas de l’élimination du plomb
Pour une solution acide dont le pH < 4, le procédé de décontamination du plomb se fait sous un potentiel compris entre 1 et 1,2 V/Electrode de sulfate mercureux, correspondant à 1,65 et 1,85 V/ ENH (Electrode Normale à Hydrogène).
Pour une solution dont le pH est compris entre 4 et 8, le procédé de décontamination de Pb se fait sous un potentiel compris entre 0,7 et 0,9 V/Electrode de sulfate mercureux (1,35 et 1,55 V/ ENH).
Tout le Pb est éliminé sous forme d’un film mince adhérent déposé sur le substrat conducteur.
Exemple du traitement d’une solution avec une concentration de 27 mg/L de Pb (II) (6,5.106 mol dans 50 mL soit 1,3.104mol/L) sur une électrode de SnO2 :
Deux possibilités de traitement selon le pH initial de la solution :
1- Si le pH = 2, le Pb a été totalement éliminé de cette solution sous forme d’un film adhérent déposé sur le substrat SnO2 en imposant un potentiel de 1 V/Electrode de sulfate mercureux pendant 12 heures.
2- Pour un pH = 4,2 le Pb a été totalement éliminé sous forme d’un film adhérent déposé sur le substrat SnO2 en imposant un potentiel de 0,7 V/électrode de sulfate mercureux pendant 8 heures.
La décontamination de Pb (II) dans ces deux conditions a été de 99,99%. A la fin de ces traitements, la concentration restante mesurée était de l’ordre de 10-8 M (2,07 pg/L) ce qui correspond aux normes environnementales et à de l’eau potable.
Le solide formé sur l’électrode de travail (ex. SnO2) a été caractérisé par Microscopie Électronique à Balayage (MEB), comme représenté dans la Figure 1 (« 1 >> indiquant les cristaux de plomb éliminé et « 2 >> indiquant le support conducteur de dioxyde d’étain).
Afin de tester l’influence de la présence de sels en solution, les mêmes tests ont été faits avec une solution contenant soit du NaCI, ou du Na2SO4, ou du NaNO3 ou de l’acétate de sodium, à une concentration de 1 mol/L à chaque fois. Dans tous les cas, on obtient toujours une décontamination totale de Pb sous forme d’un film adhérent sur l’électrode conductrice (ex. SnO2) et ceci indépendamment des espèces présentes en solution.
Exemple 2 : Cas de l’élimination du cuivre
Si le pH de la solution est acide et inférieur à 4, le Cu n’est pas éliminé selon ce procédé de décontamination.
Pour une solution dont le pH est compris entre 4 < pH < 8, le procédé de décontamination de Cu se fait sous un potentiel compris entre -0,4 V et -0,5 V/électrode de sulfate mercureux (0,25 et 0,15 V/ ENH). Dans ces conditions, la décontamination de Cu (II) est d’environ 99,99%. Le Cu est éliminé sous forme d’un film mince adhérent déposé sur le substrat conducteur (ex. SnO2).
Exemple de décontamination pour une solution de 8,2 mg/L (6,5.106 mol dans 50ml, soit 1,3 1ff4 mol/L) sur une électrode de SnO2 :
Pour une solution dont le pH = 7 le Cu a été totalement éliminé sous forme d’un film adhérent déposé sur le substrat SnO2 en imposant un potentiel de -0,45 V/électrode de sulfate mercureux pendant 48h (0.2 V/ ENH).
Exemple 3 : Cas de l’élimination du nickel
Pour une solution dont le pH est compris entre 4 < pH < 8 : le procédé de décontamination de Ni se fait sous un potentiel compris entre 0,7 et 0,9 V/électrode de sulfate mercureux (1,35 et 1,55 V/ ENH).
Exemple de décontamination pour une solution de 7,6 mg/L (6,5.106 mol dans 50 ml, soit 1,3 10 4 mol/L)
Pour un pH = 4,2 le Ni a été totalement éliminé sous forme d’un film adhérent déposé sur le substrat SnO2 en imposant un potentiel de 0,7 V/électrode de sulfate mercureux (1,35 V/ ENH) pendant 72 h.
Exemple 4 : Cas du cadmium seul
Le Cd ne peut pas être éliminé avec cette méthode quelles que soient les conditions de pH de la solution puisqu’il ne possède qu’un seul degré d’oxydation. Ceci constitue un point très intéressant pour une très bonne séparation cadmium /autres métaux lourds puisqu’il reste quantitativement en solution.
Exemple 5 : Cas d’un mélange de plomb, nickel, cuivre et cadmium
Une expérience a été faite dans le cas d’un mélange de ces 4 métaux lourds (Pb, Cu, Ni, Cd) avec la même quantité initiale en solution (6,5 .10-6 mol dans 50 mL soit une concentration de 1,3 10-4 mol/L pour chacun). La valeur du pH initial libre de la solution était proche de «1,9.
Le traitement d’élimination de chaque métal présent dans ce mélange a été fait séparément :
Tout d’abord pour éliminer le Pb, le pH libre de la solution était 1,9 (acide) donc pas besoin de changer le pH. Un potentiel de E = 1 V a été imposé.
Après 24 heures, tout le Pb est éliminé sous forme d’un film adhérent solide sur l’électrode.
Ensuite pour éliminer le Ni, le pH a été changé à pH ~ 4 par ajout de 400 μΙ_ de NaOH 1M pour un volume de 50 mL. Un potentiel de E = 0,7 V a été imposé. Après 3 jours, tout le Ni est éliminé sous forme d’un film adhérent solide sur 5 l’électrode.
Ensuite, on a fixé le pH ~ 7 pour éliminer le Cu en imposant E = -0,45V pendant 2 jours. Après ce traitement, le cuivre est éliminé sous forme d’un film adhèrent solide sur l’électrode.
Le Cd reste totalement et quantitativement en solution.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de dépollution par voie électrochimique d’une solution aqueuse contenant au moins un métal lourd, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :a) une étape de mesure du pH de la solution aqueuse, éventuellement suivie d’une étape d’adaptation dudit pH par l’addition d’un acide fort ou d’une base forte,b) la mise en contact de ladite solution aqueuse avec une électrode de référence, une contre-électrode et une électrode de travail comprenant un substrat conducteur,c) l’application d’un potentiel constant à l’ensemble, ce par quoi on forme un film d’au moins un métal lourd sur ladite électrode de travail, etd) la récupération d’une solution aqueuse dépolluée et dudit film, dans lequel les étapes a), b), c) et d) peuvent être réitérées lorsque la solution aqueuse contient plusieurs métaux lourds.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le substrat conducteur est choisi dans le groupe constitué de l’inox, des semi-conducteurs, des métaux nobles et de leurs mélanges.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le métal lourd est choisi dans le groupe constitué du plomb, du cuivre, du nickel, du mercure, de l’aluminium, du titane, de l’arsenic, de l’argent, du bismuth, et de leurs mélanges.
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la solution aqueuse comprend du plomb, du nickel, du cuivre ou un mélange de ceuxci.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du plomb dont le pH est inférieur à 8, dans lequel :- si le pH de la solution aqueuse contenant du plomb est inférieur ou égal à 4, le potentiel de l’étape c) est compris entre 1,65 V et 1,95 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène) ; et- si le pH de la solution aqueuse contenant du plomb est compris entre 4 et 8, le potentiel de l’étape c) est compris entre 1,15 V et 1,85 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène).
- 6. Procédé selon la revendication 1 à 4, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du plomb dont le pH est supérieur à 8, dans lequel l’étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8, et dans lequel l’étape c) consiste à appliquer un potentiel compris entre 1,15 V et 1,85 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène).
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du cuivre, dans lequel :- si le pH de ladite solution aqueuse contenant du cuivre, mesuré à l’étape a) est supérieur à 8, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, et, si ledit pH est inférieur à 4, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’une base forte, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8,- et dans lequel le potentiel de l’étape c), appliqué à ladite solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8, est compris entre 0,15 V et 0,25 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène).
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour la dépollution d’une solution aqueuse contenant du nickel, dans lequel :- si le pH de ladite solution aqueuse contenant du nickel, mesuré à l’étape a) est supérieur à 8, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’un acide fort, et, si ledit pH est inférieur à 4, ladite étape a) est suivie d’une étape d’addition d’une base forte, pour obtenir une solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8,- et dans lequel le potentiel de l’étape c), appliqué à ladite solution aqueuse dont le pH est compris entre 4 et 8, est compris entre 1,35 V et 1,55 V (par rapport à l’électrode normale à hydrogène).
- 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape c) comprend la mise en œuvre de la chronoampérométrie au moyen d’un potentiostat.16
- 10. Film d’un métal lourd obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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