(POURVU) Offre de thèse : Purification ultime de biocarburant 2G

Purification ultime de biocarburant 2G par Adsorption Sélective des Impuretés oxygénées. Développement de méthodes adsorptives et spectroscopique pour l’étude des interfaces solide-liquide (ASI)

La prise de conscience de l’impact de l’activité humaine (industrie, transport…) sur le réchauffement climatique a stimulé l’intérêt porté aux biocarburants comme source d’énergie alternative aux énergies fossiles. Les filières prometteuses de production de biocarburants dits de deuxième génération (2G), utilisent de la biomasse de type lignocellulosique issue de déchets végétaux peu valorisables (paille, taillis…) et n’entrant pas en compétition avec l’industrie alimentaire. Parmi les filières de conversion de la biomasse en carburant liquide, la voie thermochimique est une option retenue par les industriels. Cependant  les bio-huiles obtenues après pyrolyse, une des premières étapes du traitement thermochimique, contiennent des quantités importantes d’oxygène [jusqu’à 45 pds%] qu’il convient d’éliminer pour obtenir des carburants chimiquement stables et énergétiquement efficaces [1].

La thèse a pour objectif de développer sur des bases raisonnées un procédé de purification sélective ciblée des biocarburants en mélange complexe afin d’atteindre un niveau d’impuretés oxygénées minimale dans les biocarburants. Pour cela, le couple « Adsorbant/Biocarburant» et les conditions de fonctionnement du procédé vont être optimisés afin de maximiser la capacité d’adsorption sélective de l’adsorbant et sa facilité de régénération en conditions douces et sur plusieurs cycles. Des adsorbants de type zéolithe seront développés en modulant des paramètres clés tels la nature, la force et la localisation de leurs sites acides, ainsi que le volume et la surface des méso- et micropores de ces solides.

L’expertise et les outils développés par le LCS pour l’étude de l’adsorption en condition flux et batch, les caractérisations spectroscopiques in situ et operando et la maitrise de la modification d’oxydes et de zéolithes permettront au doctorant de cibler et développer les adsorbants et les conditions du procédé les plus adaptées à l’adsorption sélective dans un mélange complexe de molécules représentatives de bio-essence

La thèse se déroulera en trois parties:

(1) Adsorption sélective de (alkyl)phénol dans un mélange d’hydrocarbures complexes

L’adsorption du (alkyl)phénol sera étudiée dans un  mélange complexe respectant les proportions des différents familles d’hydrocarbures présentes dans l’essence ainsi que son indice d’octane : Le mélange sera constituée de isooctane-hexane (42-44%) cyclohexane (12%), dimethylbutene (8%), toluène (35%) et (diméthyl) phénol (1-3%). Il sera primordial d’évaluer le comportement des adsorbants choisis lors de l’étude en mélange simplifié en  présence du mélange complexe, les alcènes pouvant provoquer des réactions parasites de polymérisation néfastes. Une modification des solides (ajustement du nombre , de la force et de la localisation des sites acides de zéolithes) voire de nouveaux solides seront donc à étudier. Les études d’adsorption seront effectuées par des techniques d’adsorption batch mais aussi sous flux afin de pouvoir étudier la régénérabilité des solides.

(2) Détermination des chaleurs d’adsorption par méthodes expérimentales et théoriques

Le couplage des méthodes théoriques (DFT et méthode grand canonique Monte-Carlo) et des méthodes de caractérisations telles que la spectroscopie infrarouge, les courbes de percée obtenues par adsorption sous flux permettent une compréhension fondamentale des performances des différents solides [2-3]. Mais les calculs théoriques ont besoin de s’appuyer sur des grandeurs thermodynamiques telles que les chaleurs d’adsorption. Or peu de valeurs sont accessibles dans la littérature concernant le phénol en phase liquide en présence d’autres molécules. La mise au point d’un système d’adsorption sous flux modulable en température (cf schéma 1) unique au laboratoire, nous permettra de mesurer les chaleurs d’adsorption du phénol dans différents mélanges et ainsi de renforcer la base de données de la littérature.

(3) Nature et quantification des sites d’adsorption des solides en phase liquide.

L’étude des modes de sorption des molécules en phase liquide est un enjeu stratégique pour la communauté [4]. Récemment, le LCS a développé un système de spectroscopie IR-ATR sous flux pour l’étude IR de l’adsorption de molécules en phase liquide (schéma 2). Il nous a permis d’étudier l’interaction de l’indole sur zéolithe [5] ou de mettre en évidence l’adsorption sélective du phénol dans un mélange (toluène/isooctane) [6]. Cependant, le système actuel ne nous permet pas de quantifier le nombre de sites actifs du solide en impliqués dans le processus d’adsorption, données cruciales pour la détermination de l’efficacité par site (TOF) en adsorption et aussi en catalyse hétérogène, et donc pour le développement de solides plus efficaces.

 

 

  1. M. Bertero, G.de la Puente, U.Sedran, Fuel 95 (2012) 263-271
  2. Thèse Ibrahim Khalil, Université de Caen, Octobre 2018
  3. I. Khalil, H. Jabraoui, G. Maurin, S. Lebègue, M. Badawi,K. Thomas, F. Maugé, J. Phys. Chem. C 122, (2018) 26419-26429
  4. G. Lefèvre, Advances in Colloid and Interface Science 107 (2004) 109-123
  5. I Khalil, C Celis-Cornejo, V G. Baldovino-Medrano, Jf Paul, K Thomas, A Travert, F Maugé (Oral) Solid-Liquid Interfaces: Challenging Molecular Aspects for Industrial Applications [SLIMAIA] 27-29 March 2018 ( Lyon) ORAL/ Papier en cours de soumission
  6. I. Khalil, K. Thomas, E. Domingues, F. Maugé, 4th International Congress on Catalysis For Biorefineries , 11-15 December 2017, Lyon (Poster) / Papier en cours de soumission a  J. Colloid Interface Science

 

Informations

Salaire  Net

environ 1462 €/mois (contrat CDD de 36 mois)

Période

du 1 octobre 2019 au 30 septembre 2022

Profil du candidat

Diplôme

Master en chimie ou chimie-physique

Connaissances appréciées

méthodes d’analyse des matériaux (FTIR, ATG, DRX, BET, …)

Être autonome et avoir un esprit d’innovation

Contacts

Directeur de thèse

MAUGE Francoise francoise.mauge@ensicaen.fr   02 31 45 2824

Co-encadrant

THOMAS Karine karine.thomas@ensicaen.fr 02 31 45 28 18

Laboratoire

Laboratoire Catalyse et Spectrochimie

ENSICAEN / Université de Caen / CNRS

6 bd du Maréchal Juin

14050 CAEN, France

https://www.lcs.ensicaen.fr 

Retour en haut