Complexation du zinc, du cuivre et du manganèse par du chanvre : efficacité chimique et impact écotoxicologique

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Dans cette étude, deux matériaux de chanvre ont été utilisés pour complexer trois métaux (cuivre [Cu], manganèse [Mn], zinc [Zn]) présents en solution monocontaminée ou en mélange ternaire en utilisant une méthode batch. Les matériaux utilisés sont une feutrine de chanvre brut (notée Hemp1) et une feutrine modifiée chimiquement (Hemp2A) afin de lui conférer des propriétés d’échange d’ions. Pour ce faire, Hemp1 a été enrobé par un polymère de maltodextrine réticulée par l’acide 1,2,3,4-tétracarboxylique. Les performances en termes d’abattement de ces deux matériaux ont été comparées en faisant varier différents paramètres du batch tels que le temps de contact, la concentration métallique initiale, le pH initial et la force ionique de la solution. Les résultats ont montré que les cinétiques étaient rapides (10 minutes pour Hemp1 et 45 minutes pour Hemp2A pour atteindre l’équilibre) et indépendantes du type de solution étudiée. Les performances sont également indépendantes du pH, entre 4 et 6, mais dépendantes de la concentration initiale à partir de 25 mg/l et de la force ionique de la solution. L’ordre d’abattement obtenu, à savoir Cu > Zn > Mn, est le même quels que soient les solutions et le matériau utilisés. Le chanvre modifié est beaucoup plus efficace pour éliminer les métaux, ce qui peut s’expliquer par la présence des groupes carboxylates favorisant un mécanisme de chimisorption. Des tests préliminaires réalisés sur deux effluents d’une usine métallurgique ont montré que les chanvres sont efficaces pour éliminer à la fois la pollution métallique et la charge organique présente dans ces effluents. Afin d’évaluer l’intérêt du procédé en matière d’efficacité environnementale, nous avons utilisé les bio-indicateurs Daphnia magna et Lactuca sativa. Du fait de leur composition chimique, les rejets industriels ont un impact significatif sur ces bio-indicateurs alors que la toxicité de ces mêmes rejets traités par les feutrines de chanvre diminue fortement.

In this study, two hemp-based materials were used for the complexation of Cu, Mn, and Zn cations present in single and ternary solutions as a batch. The first material was a hemp-based felt (Hemp1). The second was hemp felt coated with a maltodextrin-1,2,3,4-butane tetracarboxylic polymer to give it ion-exchange properties (Hemp2A). The performance of Hemp2A was compared with those of non-modified felt under different experimental conditions, including contact time, initial metal concentration, pH, and presence of NaCl. For both single and ternary solutions, the contact time to reach equilibrium was found to be 10 minutes for Hemp1 and 45 minutes for Hemp2A. The adsorption process was independent of pH between 4 and 6 but dependent on the initial concentration above 25 mg/l and on the presence of NaCl for both materials. The order of abatement was Cu > Zn > Mn in both single and ternary systems, independent of the solution and material used. Hemp2A exhibited higher adsorption capacities, indicating the important role of the carboxylate groups favoring chemisorption (ion-exchange, electrostatic interactions). Preliminary adsorption tests performed on two real effluents showed that the materials exhibited high adsorption capacities for both metal pollution and organic load. Toxicity tests showed interesting environmental effects. Two bioassays based on the immobilization of a freshwater crustacean ( Daphnia magna) and the germination rate of a specific lettuce ( Lactuca sativa) were used. Biological tests confirmed the ability of the hemp-based materials to radically decrease the chemical toxicity of the effluent.