[en] This work focuses on the valorization of natural clays from the northern region of Morocco by means of their use in the treatment of wastewater contaminated by organic dyes and heavy metals. It is part of a sustainable local development perspective, which consists of implementing effective approaches to preserve water quality and protect the environment against pollutants on the one hand, and to develop abundant mineral resources on the other. The first step was the detailed physico-chemical characterization of the clay powders used as raw materials by means of different techniques such as X-ray diffraction with Rietveld analysis for an in-depth interpretation of the results, thermal analysis employing both thermogravimetry and mass spectrometry, quantitative analysis using ICP-AES and XRF, SEM-EDS electron microscopy, FTIR spectroscopy, and textural analysis by laser granulometry and nitrogen physisorption. Secondly, a complete study of the clays adsorption capacity with regard to a model dye, methylene blue, and two heavy metals, lead and cadmium, in aqueous solution was performed. The tests in batch mode included the analysis of the influence on the adsorption process of different experimental parameters which are usual in this type of experiments such as adsorbent amount, contact time, pH of the medium, pollutant initial concentration and temperature. On the other hand, it should be highlighted the use of atomic absorption spectroscopy as analytical tool which provided the adequate sensitiveness and accuracy for the concentration level of the studied metallic ions. In a third stage, integral clay honeycomb monoliths could be prepared following Casagrande´s methodology, which was initially employed for the extrusion of other ceramics. This technique is based on the prediction of the extrudability of a paste through simple rheological properties estimate in order to avoid an expensive and tedious trial and error procedure. The adsorptive performance of the filters prepared in this way was also studied against methylene blue, lead and cadmium present in water. In this case, the experiments were carried out using a dynamic setup which included a flow recirculation through the clay structured filters. The general output of this study allowed concluding that the clays denoted as O (illite-smectite) and ST (stevencite) are easily extrudable in the form of honeycomb monoliths, showing a remarkable efficiency to retain lead (2 mg/g) and cadmium (4 mg/g), respectively. In addition, the study of the methylene blue adsorption also evidenced a good affinity of the O clay towards this pollutant (100 mg/g). According to the results obtained, the honeycomb monoliths prepared from natural clays have demonstrated an enormous potential for the retention of pollutants in aqueous solution. Moreover, these structured filters add significant advantages to the process of water purification, without losing the adsorption properties of starting clay powders. Therefore, the here proposed materials and design open up new alternatives to combat the problem of water pollution by heavy metals and organic dyes, and by doing so their valorization has been reached.

[fr] Le travail présenté porte sur la valorisation des argiles naturelles de la région du nord de Maroc dans le domaine de traitement des eaux usées contaminées par des colorants organiques et des métaux lourds. Il s'inscrit dans une perspective de développement local durable, qui consiste à mettre en place des approches efficaces pour préserver la qualité de l'eau et protéger l'environnement contre les polluants d'une part et de valoriser les ressources minérales abondantes d'autre part. Dans un premier temps, la caractérisation physico-chimique détaillée des poudres d'argile utilisées comme matières premières a été réalisée par différentes techniques telles que la diffraction des rayons X associée à l'analyse de Rietveld pour une interprétation approfondie des résultats, l'analyse thermique en utilisant à la fois la thermogravimétrie et la spectrométrie de masse, l'analyse quantitative en utilisant l'ICP-AES et la spectrométrie de fluorescence X, la microscopie électronique à balayage SEM-EDS, la spectroscopie FTIR et l'analyse de texture par granulométrie laser et la volumétrie d'adsorption d'azote. Dans une deuxième étape, une étude complète a été réalisée sur la capacité d'adsorption des argiles vis-à-vis d'un colorant modèle, le bleu de méthylène, et deux métaux lourds, le plomb et le cadmium, en solution aqueuse . Les essais en mode batch comprenaient l'analyse de l'influence de différents paramètres sur le processus d'adsorption qui sont habituels dans ce type d'expériences, tels que la quantité d'adsorbant, le temps de contact, le pH du milieu, la concentration initiale du polluant et la température. D'autre part, il convient de souligner l'utilisation de la spectroscopie d'absorption atomique comme outil d'analyse qui permet de fournir la sensibilité et la précision adéquates pour le niveau de concentration des ions métalliques étudiés. Ensuite, des monoliths en nid d'abeilles à base d'argile ont pu être préparés, suivant la méthodologie de Casagrande, qui a été initialement utilisée pour l'extrusion d'autres produits céramiques. Cette technique est basée sur la prédiction de l'extrudabilité d'une pâte par le biais d'une simple estimation des propriétés rhéologiques afin d'éviter toute procédure d'essai et d'erreur. Les performance d'adsorption des filtres ainsi élaborés ont également été étudiées vis-à-vis de deux métaux lourds, le plomb et le cadmium, et un Colorant qui est le bleu de méthylène. Dans ce cas, les expériences ont été réalisées en utilisant un dispositif dynamique qui comprenait une recirculation du flux à travers les filtres structurés à base d'argile. Le résultat général de cette étude a permis de conclure que les argiles dénommées O (illite-smectite) et ST (stevencite) sont facilement extrudables sous forme de monolithes en nid d'abeille, montrant une efficacité remarquable pour la rétention du plomb (2 mg/g) et du cadmium (4 mg/g), respectivement. En outre, l'étude de l'adsorption du bleu de méthylène a également mis en évidence une bonne affinité de l'argile O vis-à-vis de ce polluant (100 mg/g). D'après les résultats obtenus, les monolithes en nid d'abeille préparés à partir d'argiles naturelles ont montré un énorme potentiel de rétention des polluants en solution aqueuse. De plus, ces filtres structurés apportent des avantages significatifs au processus de purification de l'eau, sans pour autant perdre les propriétés d'adsorption des poudres d'argile de base. Par conséquent, les matériaux et la conception proposés ici ouvrent de nouvelles alternatives pour lutter contre le problème de la pollution de l'eau par les métaux lourds et les colorants organiques, et ce faisant, leur valorisation a été atteinte.