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Adsorption du phosphate sur des oxyhydroxydes de fer.

Côté, Isabelle (1996). Adsorption du phosphate sur des oxyhydroxydes de fer. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 79 p.

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Résumé

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Le phosphate est un élément nutritif essentiel à la croissance de la vie végétale, utilisé dans le processus de la photosynthèse. En milieu lacustre, la production de la biomasse tend à être limitée par la quantité de P04 biodisponible, qui semble être contrôlée en partie par la minéralisation de la matière organique et la fixation du P libéré dans les sédiments. Plusieurs études suggèrent que la rétention du phosphate pourrait être attribuable à son adsorption par des oxyhydroxydes de fer. Puisque peu de données thermodynamiques sur l'adsorption de PO 4 sur les oxyhydroxydes de fer pertinents au milieu aquatique existent dans la littérature, et que ces données sont nécessaires pour comprendre le rôle de l'adsorption de P04 sur les oxyhydroxydes de fer naturels, nous avons choisi d'étudier l'adsorption de P04 sur la ferrihydrite, la Si-ferrihydrite, la goethite et la lépidocrocite. Ces résultats sont interprétés selon le modèle de complexation de surface (couche diffuse). Les oxyhydroxydes de fer synthétiques étudiés ont été choisis d'après les oxyhydroxydes de fer relevés dans le milieu naturel (Fortin et al., 1993). Chaque oxyhydroxyde de fer a été synthétisé et caractérisé par diffraction-X. Les valeurs de surface spécifique (A) ont été déterminées pour la Si-ferrihydrite, la goethite et la lépidocrocite; elles sont respectivement de 255, 49 et 45 m²/g. Pour la ferrihydrite 2 lignes, la valeur de 600 m²/g suggérée par Dzombak et Morel (1990) a été retenue. Les constantes d'acidité (pKal pKa2) ont été déterminées par titrimétrie pour la Si-ferrihydrite et sont respectivement de 5,64 et 7,47. Les constantes d'acidité pour les autres oxyhydroxydes de fer proviennent des données expérimentales de Rancourt (résultats non publiés) et sont de 6,97 et 9,40 pour la ferrihydrite, 6,61 et 8,41 pour la goethite et 6,07 et 7,25 pour la lépidocrocite. Les temps d'équilibration nécessaires pour l'adsorption de P04 sur chaque oxyhydroxyde de fer ont été évalués. Un temps de 24 heures a été retenu pour la ferrihydrite, 48 heures pour la Si-ferrihydrite et la lépidocrocite, et 72 heures pour la goethite. L'adsorption du P04 en fonction du pH a été étudiée, pour un rapport molaire P04IFe de 0,002. Ces résultats ont été utilisés pour extraire des constantes de complexation de surface pour chaque oxyhydroxyde de fer avec le logiciel GRFIT. Les paramètres Ns, A, pKa1int, pKa2int et la stoechiométrie des réactions de complexation de surface étaient fournis au logiciel. Les constantes de complexation de surface obtenues sont plus grandes pour la goethite et la lépidocrocite que pour la ferrihydrite et la Si-ferrihydrite. Par contre, lorsqu'on normalise sur une base pondérale d'oxyhydroxyde de fer, pour une même concentration de P04 (2µM) et une même force ionique, on constate que l'adsorption est plus importante pour la ferrihydrite et décroît selon l'ordre: goethite, lépidocrocite et Si-ferrihydrite. Ceci illustre le fait que les constantes intrinsèques de complexation de surface seules ne permettent pas de bien prédire l'efficacité relative d'adsorption des différents oxyhydroxydes de fer. Il faut aussi faire intervenir les constantes d'acidité, la surface spécifique et la concentration de sites. Nous avons aussi normalisé par rapport au pH2pc de chaque oxyhydroxyde et nous avons observé que les forces électrostatiques ne semblent pas jouer un rôle déterminant dans l'adsorption de P04 sur les oxyhydroxydes de fer. Nous avons comparé les résultats obtenus pour l'adsorption de P04 avec des mesures d'adsorption in situ. Les constantes de complexation de surface obtenues pour les différents oxyhydroxydes de fer ont été utilisées pour prédire les rapports molaires P04ads/Fe pour les sédiments du lac Tantaré en fonction de la profondeur dans les sédiments. Les rapports prédits sont nettement plus faibles que ceux observés, sauf pour les premiers 5 centimètres du sédiment. Ces résultats ne supportent pas l'hypothèse que l'adsorption de P04 sur les oxyhydroxydes de fer sédimentaires est majoritairement responsable de la rétention de P04 pour le lac Tantaré.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tessier, André
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: phosphate; orthophosphates; oxyhydroxydes de fer; ferrihydrite, si-ferrihydrite, goethite; lépidocrocite; milieu aquatique; modèle SCM
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 18 juin 2013 15:21
Dernière modification: 12 nov. 2015 19:33
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1454

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