Adsorption and Removal of Organic Dye at Quartz Sand-Water Interface

Adsorption et désorption d’un colorant organique à l’interface sable de quartz-eau

IS2M, CNRS-UHA, 15 rue Jean Starcky, 68057 Mulhouse Cedex – France
e-mail: a.jada@uha.fr

^* Corresponding author

Abstract

We studied the transport, sorption and desorption of organic cation (Methylene Blue, MB) through a porous medium consisting of quartz sand particles negatively charged. We examined various parameters such as the ionic strength of the aqueous solution, the flow velocity, the pH of the aqueous phase, the temperature of the medium and the nature of the divalent metal cations present in solution, which affect the transport and the deposition of MB through the porous medium. Step-input experiments were carried out to measure the dye retention. The data showed a decrease in the MB adsorbed amount on the quartz, when the pH of the aqueous phase, or the temperature, decreases, or when the flow rate, or the affinity of the divalent cation (Ca²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ and Ba²⁺) toward the quartz surface increases. The increase in ionic strength leads to a small decrease in the MB adsorbed amount. However, the increase in temperature leads to an increase in the retained MB amount, which suggests that the adsorption of MB on the surface of quartz is endothermic in nature. The overall data indicate that, at ambient temperature, electrostatic interaction forces, which occur between the cationic organic pollutant and the negative surface of the quartz substrate, mainly control the adsorption process.

Résumé

Nous avons étudié le transport, la sorption et la désorption d’un cation organique (bleu de méthylène (BM)), à travers un milieu poreux constitué de particules de sable de quartz chargées négativement. Nous avons examiné l’influence des paramètres, tels que : la force ionique de la solution aqueuse, la vitesse de circulation, le pH de la phase aqueuse, la température du milieu et la nature des cations divalents métalliques présents en solution, sur le transport et le dépôt du BM à travers le milieu poreux. Les mesures de la rétention du colorant ont été réalisées en utilisant la technique d’injection-échelon.

Les résultats obtenus ont montré une diminution de la quantité de BM adsorbé sur le quartz lorsque le pH de la phase aqueuse diminue de 9,5 à 4. Une baisse de la quantité de BM adsorbé a été également observée lorsque la force ionique ou le débit augmente. Cependant, l’augmentation de la température a conduit à une augmentation de la quantité de BM adsorbée, ce qui laisse supposer que l’adsorption du BM sur la surface de quartz est de nature endothermique. En présence de cations divalents en solution (Ca²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ et Ba²⁺), la quantité retenue du colorant dépend de la nature du cation. L’ensemble de ces résultats, montre que l’adsorption du colorant basique est contrôlée par les interactions électrostatiques entre la surface négative du quartz et le polluant organique cationique.