CHAPITRE I

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CHAPITRE I
GENERALITES SUR L’ADSORPTION
I- définitions
1) Adsorption
L’adsorption peut être définie comme l’opération fondamentale du génie chimique qui
exploite l’aptitude de certains solides à concentrer spécifiquement à leur surface, les constituants
d’une solution, permettant ainsi leur séparation.
2) Adsorbant
C’est le solide utilisé dans une opération d’adsorption.
3) Adsorbât
Tout soluté ayant subi l’opération d’adsorption.
4) adsorption chimique (chimisorption)
- C’est un phénomène irréversible ;
- Elle à pour origine des réactions chimique entre les molécules du solide et celles de la phase
fluide : formation d’un compose chimique à la surface du solide ;
- Elle se passe à des températures élevées ;
- La quantité de chaleur dégagée est importante;
- Les molécules adsorbées perdent leur individualité chimique
5) Adsorption physique (physisorption)
Ce type d’adsorption est caractérisé par :
- C’est un phénomène réversible ;
- Elle à pour origine les interactions entre les molécules du solide et celles de la phase fluide :
liaison de type Van Der Waals
(Une interaction électrique de faible intensité entre atomes ou molécule) ;
- Elle se passe à des températures relativement basses ;
- la quantité de chaleur dégagée est faible ;
- les molécules adsorbées gardent leur individualité chimique

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6) Pore et Porosité
Un pore désigne une cavité dans un objet. La porosité est l’ensemble des interstices (connectés ou
non) d’un solide pouvant contenir des fluides (liquides ou gaz).
On distingue :
- Micropores : d<2nm
- Mésopores : 2nm < d <50nm
- Macropores : d > 50nm
Figure I-1 : particule poreuse
7) surface
Les adsorbants sont caractérisés par leur surface, dite surface spécifique. On distingue la surface
externe (Se) et la surface interne (Si) telque la surface totale (S) développée par un solide soit egale
à :
S = Se + Si
En générale la surface interne est plus importante que l’externe.
Tableau I-1 : exemples de surfaces spécifique
Nature de
l’adsorbant
Surface spécifique
m2/g
Alumine activée
200÷300
Tamis moléculaire
600÷700
Charbons actifs
600÷1400
Magnésie
200
Silicagel
320

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II- Les adsorbants industriels
1) Critères de choix d’un adsorbant
Un adsorbant industriel doit répondre à un certain nombre de critères, essentiellement :
- Un solide sélectif
- Peu coûteux ;
- Disponible ;
- Non toxique ;
- Non corrosif ;
- Efficace ;
- Grande capacité d’adsorption ;
- Régénérable ;
- développe une résistance mécanique et thermique ;
- Inerte.
2) Différents types d’adsorbants
On distingue cinq grands types d'adsorbants « physiques » : les charbons actifs, les zéolithes,
les alumines, les gels de silice, les argiles activées.
Il se fabrique environ 150 000 t.an-1 de zéolithes pour adsorption, 400 000 t.an-1 de charbons
actifs, 75 000 t.an-1 d'alumines activées, 400 000 t.an-1 d'argiles et 25 000 t.an-1 de gels de silice.
Les charbons actifs
Les charbons actifs sont préparés par pyrolyse d'une matière contenant du carbone, charbon
ou matériau végétal, pour conduire à un charbon de bois qui est ensuite oxydé par la vapeur d'eau
dans des conditions contrôlées pour créer une structure microporeuse. Il existe plusieurs centaines
de qualités de charbons actifs, suivant le précurseur et les conditions de traitement. On peut aussi
trouver des charbons actifs dits « chimiques », car activés à chaud en présence d'agents chimiques
déshydratants, acide phosphorique ou chlorure de zinc. Les charbons actifs sont des adsorbants
organophiles amorphes. Leur structure n'est donc pas régulière, contrairement à un cristal. Cette
structure amorphe se traduit par une répartition continue de taille de pores dont l'étalement
(l'écart entre les plus petites et les plus grandes valeurs) peut atteindre plusieurs ordres de
grandeur.
Les zéolithes
Les zéolithes sont des alumino-silicates cristallisés microporeux de formule globale (AlO2M,
nSiO2) où M représente le plus souvent un métal alcalin ou alcalino-terreux et n≥1. Il existe plus de
100 espèces de zéolithes, différant par la valeur de n et la structure cristallographique. La présence
de cations dans les micropores génère des champs électriques de l'ordre de 1010 V.m-1, ce qui fait de
ces corps de puissants adsorbants polaires.
Les alumines activées
Les alumines activées sont obtenues par thermolyse flash du trihydroxyde d'aluminium
Al(OH)3 qui conduit à un produit de composition approximative Al2O3, 0.5 H2O, possédant une
structure poreuse résultant du départ de molécules d'eau. La surface des pores est couverte de

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groupements Al-OH, et l'adsorption se fait préférentiellement par liaison hydrogène. Les alumines
activées sont des adsorbants amorphes, moyennement polaires et hydrophiles.
Les gels de silice
Les gels de silice sont préparés à partir de Si(OH)4 en phase aqueuse, obtenu par
acidification d'un silicate de sodium, ou bien à partir d'un sol de silice (suspension dans un liquide,
tel que l'eau, de microparticules (20 à 100 nm), appelées micelles, stables car trop petites pour
décanter), ou bien par hydrolyse d'un alcoxy-silane. La solution fluide obtenue ne tarde pas à
polymériser, ce qui conduit à un gel qui conserve sa structure lâche après rinçage et séchage. Les
groupements Si-OH conduisent à des liaisons hydrogène. Il existe deux types de gels de silice : les
microporeux, assez hydrophiles, et les macroporeux, versatiles, qui diffèrent par la taille des pores
comme le nom l'indique.
Les argiles activées
Les argiles activées sont des alumino-silicates de formule brute proche des zéolithes, mais de
structure cristalline différente. Ce sont des produits naturels, utilisés surtout pour le séchage.
3) Caractérisation physique des adsorbants industriels
Soit une colonne remplie d’adsorbant, formant un lit en vrac.
Figure I-2 : colonne d’adsorption

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On définit un ensemble de paramètres liés à la géométrie du système et du solide. Les principales
caractéristiques sont les suivantes :
* volume total de la couche en vrac :
𝑽𝒕= 𝒔 ∗ 𝑯 (cm3/g)
Avec : s la section passante de la colonne en vrac (πD²/4)
* masse de l’adsorbant :
𝒎𝒕= 𝒎𝒑= 𝒎 (g)
Avec :
mt : la masse totale (g) ;
mp : la masse des particules solide (g) ;
m : la masse de l’adsorbant (g)
* volume du vide :
𝑽𝒗= 𝑽𝒗𝒊+ 𝑽𝒗𝒆 (cm3/g)
Avec :
𝑽𝒗𝒊 : Volume de vide interne développé par les pores existants dans les particules, occupé
par le fluide (cm3/g) ;
𝑽𝒗𝒆 : Volume de vide externe représentant l’espace autour des particules, occupé par le
fluide (cm3/g).
On définit:
𝑽𝒕= 𝑽𝒗+ 𝑽𝒔 (cm3/g)
D’où
𝑽𝒕= 𝑽𝒗𝒊+ 𝑽𝒗𝒆 + 𝑽𝒔
Avec :
𝑽𝒔 : Volume développé par la phase solide (cm3/g)
On déduit :
𝑽𝒑𝒂 = 𝑽𝒗𝒊+ 𝑽𝒔 (cm3/g)