OA21238A - Bioadsorbant à partir des os de bovidé Boss Taurus "Baob" et son procédé d'obtention. - Google Patents

Abstract

La présente invention porte sur la production d'un Bio Adsorbant à base des Os de Bovidé qui va révolutionner le monde des industries en produisant un charbon actif industriel. Ce matériaux est bien utiliser dans différents domaine tel que : La médecine, la chimie, filtration et industrie. La procédure d'élaboration de ce bioadsorbant consiste à une calcification, un prétraitement, une activation chimicophysique par chauffage, puis un conditionnement ainsi qu'un séchage.

Description

La présente invention porte sur la production d’un BioAdsorbant à base des Os de Bovidés qui va révolutionner le inonde des industries en proposant un charbon actif industriel. Les charbons actifs ou adsorbant sont utilisés dans différents domaine tel que : médecine, chimie industrielle, filtration, mobilité durable, automobile et l’industrie alimentaire entre autres. La procédure d’élaboration de ce bioadsorbant consiste à une calcification, un prétraitement, une activation chimicophysique par chauffage, puis un conditionnement ainsi qu'un séchage.

La présente invention a trait à la proposition d’un charbon actif industriel et sa méthode de production. Ce charbon actif ou bioadsorbant par son caractère écologique est réalisé à base des résidus minéraux d'abattoirs de bovidés dénommés à travers une méthodologie thermochimique.

Un bioadsorbant est généralement un matériau constitué essentiellement de matière carbonée à structure poreuse produit à partir de toute matière organique riche en carbone, souvent par carbonisation suivie d’une activation physique ou chimique. Cependant, un processus combinant les deux étapes peut être appliqué. La carbonisation a essentiellement pour but d’enrichir la matière en carbone et créer les premiers pores, tandis que l’activation vise à développer la structure poreuse pour plus d’efficience. Le charbon actif résultant de ces traitements acquiert en conséquence une capacité catalysante prisée dans plusieurs domaines des industries: pharmaceutique, agro-alimentaire, procédés, avionique, ferroviaire et automobile. Le charbon actif est largement utilisé en général dans la purification industrielle et en particulier dans la purification des eaux ou la déshumidification des circuits pneumatiques.

Dans l’industrie, la présence d’humidité dans l’air sous pression détériore les constituants entraînant la baisse du rendement du circuit. Pour éviter ces désagréments, il importe généralement d’évacuer l’eau qui se forme dans les circuits sous pression. Plusieurs techniques existent permettant de déshumidifîer l’air sous pression : Les déshumidificateurs par réfrigération ; les déshumidificateurs à membrane ou à diaphragme ; les déshumidificateurs par absorption ; les déshumidificateurs par adsorption.

Les déshumidificateurs par adsorption sont les plus utilisés dans le domaine de l’industrie ferroviaire et automobile. Les déshumidificateurs utilisent les matériaux déssicant ou sorbant. Les Sorbants sont des matériaux ayant la capacité d’attirer, de contenir ou de conserver d’autres substances liquides ou gazeuses. Les matériaux dessicants sont une classe particulière des sorbants et qui ont une grande affinité pour l’eau (Ashrae 1997).

En réalité, tous les matériaux sont les dessicants c’est-a. Dire qu’ils attirent et contiennent de la vapeur d’eau : Le bois, les fibres naturelles, les argiles et plusieurs autres matériaux synthétiques attirent et libèrent de l’humidité comme les dessicants commerciaux. Tous les matériaux dessicants ont un comportement similaire : ils attirent la vapeur jusqu’à ce qu’un certain d’équilibre avec l’ambiance soit atteint. L’humidité est extraite du déssicant en le chauffant à des températures qui varient entre 50°C et ~3~

260°C tout en l’exposant à un courant d’air extracteur : c’est le principe de régénération qui permet la réutilisation du déssicant.

Après le séchage du déssicant, il faut le refroidir pour qu’il puisse à nouveau attirer de la vapeur. La sorption génère de la chaleur sensible égale à la chaleur latente de la vapeur d’eau plus une chaleur additionnelle de sorption qui varie de 5 à 25% de la chaleur latente. Cette chaleur est transférée au déssicant et l’air ambiant. Ce phénomène d’attraction d’humidité est appelé adsorption (sorption physique) ou absorption (sorption chimique) selon que le déssicant subit un changement chimique ou non pendant l’attraction de l’humidité. Pendant l’absorption, il n’y a pas changement d’état du déssicant par contre dans l’absorption, on a un changement d’état (Ashrae 1997)

Dans la famille des déssicant on retrouve d’une part les absorbants. Ici l’air entre en contact avec le liquide déssicant, (liquide ayant une pression de vapeur plus faible que l’eau a la même température). Cette faible pression attire la vapeur d’eau de l’air qui est déshumidifié. D’autre part, on retrouve les adsorbants Ce sont des solides ayant généralement des surfaces spécifiques supérieures à 100 m²/g, atteignant même quelque millier de m²/g. ils attirent l’eau à cause d’un champ électrique à leur surface. Quand la totalité de la surface est couverte de molécules, l’adsorbant peut également capter de l’eau parce que la vapeur se condense dans la première couche et remplit les capillarités du matériau. Comparés aux absorbants, la capacité des absorbants de capter de l’eau est faible. Les adsorbants industriels les plus courants sont les suivants (ASHRAE, 1997) : la zeolite, gel de silice, alumine, charbon actif.

Le charbon actif peut être préparé à partir de très nombreux corps combinés : bois, Pâte à papier, résidus ligneux, houille, charbon bitumineux, lignite, tourbe, déchets, coques de noix de coco...etc. Cette préparation comprend deux stades :

1) Le premier stade consiste en une pyrolyse du matériau de base de façon à le transformer en charbon de bois (carbonisation en milieu peu oxydant à 500 ”C), stade où on obtient déjà un matériau adsorbant dont la surface spécifique est de l’ordre de 10 m7g. ·

2) Le deuxième qui est une phase d’activation qui consiste a augmenté le pouvoir adsorbant notamment en éliminant les goudrons qui obstruer les pores ceci en faisant appel à des moyens thermiques ou chimique :

Le procédé thermique consiste à une oxydation ménagée a 1000°c dans une atmosphère donc le pouvoir oxydant est réduit par injection de gaz carbonique ou de vapeur d’eau. Ce traitement relativement long (10 à 48 h) détruit toutes les paramètres volatiles résiduelle et développe la surface du charbon jusqu’à 600 à 1500 m²/g. le procédé chimique reviens à carboniser les produits volatils résiduels restant dans le charbon de bois par chauffage en présence du réactif tels que le chlorure de zinc ou l’acide phosphorique (F.Edlin 1996).

La structure d’un charbon est donc caractérisée par son volume poreux, la taille et la forme de ses pores. C’est ce qui est à l’origine de sa surface spécifique, c’est-à-dire de la surface développée accessible aux molécules par unité de masse de charbon. Ces propriétés sont principalement développées lors de l’étape d’activation du charbon actif (F.Stuber 2005).

Le charbon actif est connu pour avoir une grande surface spécifique, généralement comprise entre 800 et 2500 rm/g.

Un grand nombre de paramètres et de propriétés peuvent affecter l’adsorption d’une Substance sur un support dont les principaux sont : La surface spécifique est une donnée essentielle de la caractérisation des solides et des matériaux poreux. Cette grandeur désigne la surface accessible rapportée à l’unité de poids d’adsorbant. Elle est liée à la granulométrie et à la porosité des adsorbants. Une grande surface Spécifique est en générale souhaitable, elle permet d’obtenir de meilleures adsorptions (T.Sato 1980).

Pour qu’un charbon soit actif, son taux d’humidité doit être compris entre 3% et 10% et au-delà de cet intervalle, les performances du CA sont réduites (E. Some 2010). Un pourcentage élevé affecterait la qualité du CA en sa qualité d’adsorption. Ce taux d’humidité définit aussi la teneur en eau du bioadsorbant et joue sur la qualité d’adsorption du charbon actif.

Le taux de cendre par contre représente les résidus qui restent quand la matière carbonée est brûlée. Il est généralement dans la gamme comprise entre 2% et 10% (Yang, 2003). Ce taux de cendre aurait une influence sur les performances et la durée de vie du matériau adsorbant car pendant son cycle d’adsorption, les résidus de cendre auront tendance a contré la diffusion des molécules d’adsorbat en bouchant les pores internes du charbon créant une stabilité entre les sites actifs du charbon actif réduisant ainsi ses performances. Ces résidus de cendre pourront aussi se mélanger à la solution ou au fluide a traité pour créer la boue qui plus tard causéra le vieillissement du matériau adsorbant réduisant ainsi sa durée de vie.

De nombreux travaux ont été entrepris sur les matériaux végétaux en expérimentant des techniques comme les voies chimiques et physiques ou une combinaison des deux dans le processus de fabrication des charbons actifs. D’une manière générale, la matière lignocellulosique a été jusqu'à présent la matière première utilisée en la matière. Par exemple les travaux sur la définition d’un protocole d’élaboration et valorisation d’un bioadsorbant de provenance diverse: la transformation de la pailles de maïs (Lanzetta et al., 1998), l’exploitation des noyaux d’olives (Minkova et al., 2001), la mise en évidence du potentiel adsorbant des noyaux de pêches (Tsai et al., 1997), l’exploitation des graines de raisins (Savova et al., 2001), l’expermentation faite sur les amandes d’abricots (Aygun et al., 2003), l’étude proposée sur les noyaux de cerises (Savova et al., 2001), l’exploitation des coques d’arachides (Girgis et al., 2002), le traitement des coquilles de noix (Lua et al., 2004), l’expérimentation des coques de riz (Ahmedna et al., 2000), l’exploitation des coques de maïs (Zhang et al., 2004).

Les balais collecteurs ou frotteurs (aussi appelés « charbons ») sont, dans les dispositifs électriques dotées de collecteurs (comme les machines à courant continu), des pièces conductrices assurant la liaison électrique entre les parties fixes et les parties tournantes ou mobiles de machines électriques. Elles permettent d'alimenter le collecteur (en fonctionnement moteur) et de récupérer le courant venant du collecteur (en fonctionnement générateur). Ces balais permettent le contact à la partie mobile de la machine, le rotor. La structure chimicophysique carbonée est propice à l’emploi dans ce secteur industriel.

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Un supraconducteur est un matériau qui, lorsqu'il est refroidi en dessous d'une température critique Te, présente deux propriétés caractéristiques, qui sont : une résistance nulle ; un diamagnétisme parfait. L'absence totale de résistance électrique d'un supraconducteur parcouru par un courant limité est évidemment leur propriété la plus connue, c'est d'ailleurs elle qui a donné son nom au phénomène. Théoriquement, ces courants peuvent circuler indéfiniment (Gallop 1991).

Les bioadsorbant grâce à leurs capacités d’absorbance permettent l’élimination des substances acide ou basique dans des cavités. L’estomac, le sang ou tout autre environnement caractéristique sont des milieux d’applications.

De nombreuses utilisations de ces bioadsorbant notamment dans la décontamination et déchloration de l’eau potable et autre liquide alimentaires (bière, boisson gazeuse etc.), décoloration du sucre et décaféinassions du café... font penser à la production d’un bioadsorbant à partir des déchets d’animaux que l’on peut retrouver partout au Cameroun et sur toute la région d’Afrique.

Le but de cette invention est la production d’un bioadsorbant pour adsorption d’humidité contenu dans de l’air comprimé ou tout autre solution contenant de l’humidité ou des substances caractéristique. Le bioadsorbant se présente sous forme de granulé de carbone ayant un taux de cendre relativement faible (2% et 10%). C’est en fait des os d’animaux ou de poissons décalcifiés. Les os des animaux sont récupérés dans les décharges des abattoirs. Ils représentent des résidus osseux non comestibles. Les propriétés suivantes sont caractéristiques au bioadsorbant produit : PHpzc 3,36 ; Masse volumique réelle du CA (g/ml) 1,21 ; Masse volumique apparente du CA (g/ml) 0,73 ; Volume poreux totale du CA (ml/g) ; Taux d’humidité du CA (%) 3,9 ; Matière sèche (%) 96,6 ; Taux de cendre du CA (%) 2,8.

Le bioadsorbant élaboré obtient le label biologique (bio) car il est issu d’une matière première naturelle (écologique) et sa transformation est utile aux principes de développement durable.

L’adsorbant est produit à partir des méthodes: mécaniques, chimiques ou physiques en passant par des étapes de broyage, de mélange, de granulométrie puis, de séchage. Une description détaillée de la dite production est présenté ainsi qu’il suit :

Le bioadsorbant fabriqué est constitué essentiellement de charbon actif à base d’os d’animaux déminéralisé par calcination à haute température (700 à 1000 °C). Cest un matériau composé majoritairement de carbone. Il s’agit d'une structure amorphe composée principalement d'atomes de carbone, généralement obtenue après une étape de carbonisation à haute température, présentant une très grande surface spécifique qui lui confère un fort pouvoir adsorbant. Il a la propriété de retenir toutes les fluides qui est amenés a sont contact grâce aux faibles liaisons que lui confère les différents procédés. Cette interaction de faible intensité est appelée force de Van der Waals. Ce matériau après être extrait, doit subir des transformations telles que :

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-le prétraitement qui correspond au séchage, calcination, broyage et tamisage de la matière première du BAOB afin de rendre celle-ci prête à être activé. La calcination revient à brûler les os d’animaux dans un four industriel ou un dispositif contenant du charbon de bois. L’expérience menée a montré que les fours industriels ont un meilleur rendement. Cette étape primordiale a pour but de décalcifier la matière première en brûlant toute la matière organique pour ne laisser place qu’au carbone. La disparition de la matière organique laisse place aux cavités (pores) dans le carbone ce qui confère aux matériaux la capacité de captation et de stockage de l’humidité. Le broyage est une opération qui consiste à concasser les matériaux carbonés obtenus après décalcification pour réduire son diamètre et le mettre sous la forme des particules plus ou moins grandes. Le tamisage permet de calibrer la granulométrie du charbon actif en fonction de des besoins d’utilisation.

-l’activation par voie chimique à l’acide phosphorique (H3PO4), consiste à chauffer le mélange à des températures allant de 200°c à 400°c en augmentant le pouvoir adsorbant, notamment en éliminant les goudrons qui obstruent les pores.

- le nettoyage avec de l’eau distillée est une étape qui consiste à éliminer toutes les impuretés résultant de la phase d'activation.

- le séchage consiste à déshydraté le matériau après lavage à la température ambiante pendant quelques jours ou à l’aide d’un four.

- le bioadsorbant peut être utilisé dans différents domaines tels que la médecine, pour l'épuration digestive avec en particulier l’abaissement du taux de cholestérol dans le sang,

L’aigreur d'estomac, aérophagies, flatulences etc., il est également conduit en industrie pour l’extraction de l’or des minerais, balais dans les générateurs et moteurs électrique, c’est également un super condensateur...

Les avantages du bioadsorbant ou charbon actif industriel se résument en ces points : origine naturelle ou écologique qui lui confère le label « bio » respectueux des principes de développement durable. La matière première est issue des résidus ce qui permet de donner une vie aux déchets. Le rendement d’adsorption est évalué à entre 40et 60% ce qui est relativement intéressant pour ce type de produit, la durée d’utilisation est plus longue à cause des diamètres des cavités qui offres un plus grand espace de stockage. La matière première a un coût de revient très réduit ce qui permet d’augmenter les bénéfices lors de l’industrialisation du produit final. La production est réalisée à l’aide d’une méthodologie facile et respectueuse de l’environnement, la matière première est disponible à l’échelle industrielle. La réactivation est simple et la durée d’utilisation assez grande. Les éléments actifs ne sont pas fragiles et la conservation ne nécessite pas de dispositions exceptionnelles.

La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (16)

1) Procédé de production de bioadsorbant à partir de résidus minéraux (os) d’animaux caractérisé par les étapes suivantes :

a) prétraitement consistant à la carbonisation de la matière minérale ou os d'animaux ;

b) activation de la matière sèche granulé par chauffage à l’aide de l’acide phosphorique concentré (85%99%) à des températures allant de 200°c à 400°c en augmentant le pouvoir adsorbant, notamment en éliminant les goudrons qui obstruent les pores ;

c) nettoyage avec de l’eau distillé qui consiste à enlever et à éliminer toutes les impuretés obtenus après activation ;

d) séchage consiste à déshydraté le matériau après lavage a la température ambiante pendant quelques jours (5 à 7 jours) ou à l’aide d’un four à une température de 800°c pendant 3 jours ;

2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par l’opération supplémentaire de séchage, de calcination, de broyage et de tamisage de la matière sèche du bioadsorbant ;

3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’opération d’activation de la matière granulé issus du tamisage en contact avec l’acide phosphorique concentré (85%-99%) permet d’augmenter le pouvoir adsorbant en éliminant les goudrons qui obstruent les pores ;

4) Procédé selon la revendication 1 caractérisé a ce que le temps de séchage pendant 7 à 8 jours à température ambiante et de calcination est de 3 heures à une température de 410°C :

5) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par la déshydratation à la température ambiante ou à l’aide d’un four ;

6) Bioadsorbant obtenu selon les revendications précédentes caractérisées à ce qu’il permet de déshumidifier l’air dans les circuits d’admission des locomotives et des véhicules automobiles ;

7) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il est un agent filtrant d’eau ;

8) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il permet l’adsorption d’humidité de l’air comprimé dans les circuits hydrauliques industriels ;

9) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il est un agent infiltrant pour l’industrie chimique ;

10) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il peut être utilisé en médecine comme anti venin ;

11) Bioadsorbant selon la revendication 11 caractérisé à ce que lorsqu’il est posé sur le lieu de la piqûre, il retient le venin après morsure de serpent, scorpion araignée ou tout autre animal venimeux ;

12) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il est un biofiltre industriel ;

13) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé qui peut être utilisé en médecine pour l’épuration digestive avec en particulier l’abaissement du taux de cholestérol dans le sang, l’aigreur d’estomac, aérophagie flatulence ;

14) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé a ce qu’il est utilisé en industrie pour l’extraction de l’or des minerais ;

15) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il est utilisé comme balais dans les générateurs électriques

16) Bioadsorbant obtenu selon les revendications 1 à 5 caractérisé à ce qu’il est utilisé comme un super condensateur