10 décembre 9:00 – Grande salle du CNRT
Jaouad Al Atrach – Advanced design of zeolitic materials for thradsorption/separation of CO2, N2 and CH4molecules
Résumé de la thèse:
Ce travail de thèse porte sur l’optimisation des matériaux zéolithiques à petits pores dans le but d’améliorer leur capacité d’adsorption du CO2 et leur efficacité en séparation des gaz. Dans ce contexte, cette étude se concentre sur l’amélioration des performances des zéolithes à travers l’échange ionique, le contrôle de la taille des cristaux et la synthèse de nouveaux adsorbants. Des zéolithes de type Gismondine (GIS) échangées avec des cations Mg2+ ont été synthétisées démontrant une meilleure sélectivités pour CO2/N2 et CO2/CH4 grâce à un échange cationiques partiel avec Mg2+, ce qui influencé la distorsion de la structure et renforcé à la capacité la sélectivité, mettant en avant leur potentiel pour des applications pratiques de capture du CO2. Une méthode de synthèse assistée par graines a été adaptée pour produire des zéolithes P (GIS) de taille nanométrique améliorant de façon notable la cinétique d’adsorption du CO2 en réduisant les limitations de diffusion plus rapide, issue d’un mécanisme de diffusion intra-cristalline, a conduit à des performances accrues dans la séparation dynamique des gaz, dépassant ainsi celle des zéolithes de taille micrométrique. Les zéolithes Levyne (LEV) sont également introduites dans cette thèse comme de nouveaux candidats pour l’adsorption du CO2, où un contrôle rigoureux du rapport Si/Al et l’usage des graines de taille nanométrique ont permis un ajustement précis du propriétés d’adsorption. L’étude met en avant l’importance du rapport Si/Al dans l’optimisation de la sélectivité et de la capacité d’adsorption du CO2 ainsi que du comportement adsorption−désorption positionnant la zéolithe LEV comme un matériau prometteur pour la séparation du gaz. Ces résultats illustrent comment du techniques de synthèse adoptées, associées à l’optimisation de l’échange cationique, au contrôle de la taille cristalline et l’ajustement du rapport Si/Al, peuvent significativement améliorer les performances des zéolithes dans les technologies de capture du carbone et la séparation des gaz à haute efficacité énergétique.
16 décembre 10:30 – Amphi 1 – Bâtiment A – ENSICAEN
Aymeric Magisson – Synthèse de nanozéolithes sélectives à petits pores pour l’adsorption du CO2
Résumé de la thèse:
L’objectif principal de cette thèse de doctorat est le développement de zéolithes à petits pores de taille nanométriques, ciblant une sélectivité d’adsorption élevée pour le CO2. La séparation du CO2 des autres petites molécules gazeuses (N2 ou CH4) est un défi majeur. Par ailleurs, les zéolithes à petits pores présentent une ouverture de pore limitante dont les dimensions sont similaires à celles des molécules de dioxyde de carbone, ce qui empêche les espèces plus grosses de rentrer dans la structure poreuse.
Le comportement d’adsorption du CO2 à très faible pression est étudié pour la chabazite nanométrique (CHA) synthétisée en présence de cations calcium et baryum. De plus, la cristallisation des phases pures et échantillons imbriqués de chabazite (CHA)/phillipsite (PHI) est détaillée. Les performances des zéolithes obtenues sont évaluées en adsorption de dioxyde de carbone et d’azote. Enfin, le développement d’une procédure de synthèse autonome pour des zéolithes nanométriques est décrit, en détaillant les étapes suivies afin d’optimiser ses conditions opératoires. Cette synthèse réalisée par un robot se situe à l’interface entre la synthèse à grande échelle et l’expérimentation par criblage, offrant les moyens de reproduire facilement des synthèses exigeantes.
Jury:
M. MARCO DATURI, Professeur, Université de Caen Normandie, Président du jury
M. TATSUYA OKUBO, Professeur, Université de Tokyo, Rapporteur
MME ROSSELLA ARLETTI, Professeur, Université de Modena, Rapportrice
M. VINCENT DE WAELE, Chargé de recherche, CNRS, Examinateur
MME SVETLANA MINTOVA, Directrice de recherche, CNRS, Directrice de thèse
M. EDDY DIB, Chargé de recherche, CNRS, Co-directeur de thèse
17 décembre 14:00 – Salle des thèses – Science 3 – 1ère étage
Reda Aboulayt – Isobutanol adsorption on zeolites: contribution of multivariate analysis
Résumé de la thèse:
Les méthodes analytiques classiques pour la caractérisation des adsorbants, telles que l’analyse gravimétrique ou la calorimétrie, donnent des valeurs d’enthalpies moyennes pour les différents sites d’adsorption. Dans cette étude, la spectroscopie IR in situ combinée aux analyses multivariées a été utilisée pour identifier et caractériser quantitativement l’adsorption d’alcools sur les zéolithes. La méthode hybride hard soft MCR-ALS, utilisée pour la première fois dans le domaine de l’adsorption, nous a permis de récupérer des profils de réponse purs : des profils spectraux, permettant l’identification d’espèces distinctes sur la base de leurs spectres, et des isothermes d’adsorption, permettant d’évaluer les paramètres de sorption par ajustement de courbe d’une isotherme locale telle que l’isotherme de Langmuir ou l’implémentation de l’isotherme en tant que contrainte rigide.
Dans ce travail, l’adsorption d’isobutanol dans des zéolithes acides (MFI et FER), la silice et la silicalite est étudiée par spectroscopie infrarouge couplée ou non à des mesures gravimétriques puis analysée par des méthodes d’analyses multivariées pour distinguer l’adsorption sur les différents sites de la zéolithe, et en obtenir les paramètres thermodynamiques.
Dans un premier temps, une étude quantitative a permis de déterminer différents coefficients d’absorption molaires des ions pyridinium, de l’isobutanol et des sites d’une zéolithe MFI (hydroxyles pontés et silanols) afin de déterminer les quantités adsorbées sur cette zéolithe, de rapporter ces quantités au nombre de sites de la MFI et de montrer l’apport des analyses multivariées pour affiner ce type d’étude.
La méthodologie FTIR-MCRALS est présentée puis appliquée pour le système adsorption d’isobutanol sur une MFI dans le but de déterminer les enthalpies et entropies d’adsorption propre à chaque espèce adsorbée. Trois modes d’adsorption ont été distingués pour ce système : l’adsorption de l’isobutanol sur la surface externe (Silanols), sur les aluminiums extra réseau dénommés EF-AlOH, et sur les micropores (hydroxyles pontés) de la zéolithe.
L’étude a été étendue à la précédente MFI ayant été vapotraitée à température modérée (773 K) et deux ferrierites avec des tailles de cristaux différentes. En ce qui concerne la MFI vapotraitée, la méthodologie a permis de mettre en évidence la présence d’une quatrième espèce correspondant à un autre type de Silanols (dénommé Silanols fort dans cette étude), apparaissant avec le vapotraitement. Il a aussi été constaté que le vapotraitement a augmenté les valeurs des enthalpies de chaque site acide.
L’application de la méthodologie FTIR-MCRALS sur les systèmes iBuOH/FER montre que l’adsorption a essentiellement lieu sur la surface externe et a mis en évidence la contribution de deux types de silanols.
Jury:
- Pr. Sylvain CRISTOL, Université de Lille 1 Sciences et Technologie
- Pr. Michael BADAWI, Université de Lorraine
- Dr. Céline CHIZALLET, IFP Energies Nouvelles
- Dr. Sandrine BOURRELLY, Aix-Marseille Université
- Dr. Alexandre VIMONT, LCS-CNRS (Co-encadrant)
- Pr. Arnaud TRAVERT, LCS-CNRS (Directeur de thèse)
