Etude des phases adsorbées dans des matériaux microporeux modèles

par Nathalie Tosi-Pellenq

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Françoise Rouquérol.


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  • Résumé

    Nous avons etudie les mecanismes de physisorption a 77 k de molecule possedant (n#2, co) ou non (ar, kr, ch#4) des moments multipolaires permanents dans des adsorbants microporeux modeles (zeolithes bien cristallisees) par des techniques de volumetrie et microcalorimetrie isotherme d'adsorption, de diffraction de neutrons et de simulation numerique. Ceci, dans le but de bien comprendre le phenomene d'adsorption pour caracteriser des adsorbants d'interet technologique. Dans la premiere partie de ce travail, nous avons etudie l'effet du blocage partiel de la microporosite de la zeolithe silicalite-1 sur les changements d'etats de l'azote et de l'argon adsorbes a 77 k. Le blocage de la microporosite a ete realise par preadsorption de divers taux de n-nonane, n-hexane ou-butane a temperature ambiante. Cette etude montre que la presence des n-alcanes affecte les changements d'etats de la phase adsorbee a 77 k. Nous avons precise la nature d'une de transitions de phase (transition de l'azote) qui est due a la reorientation des molecules adsorbees. Nous avons aussi montre que le reseau cristallin de la zeolithe se relaxe sous l'effet de l'adsorption du n-nonane et du n-hexane et enfin que le n-butane est deplace par les molecules d'azote adsorbees a 77 k. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons etudie l'influence de la nature du cation de compensation (h#+, na#+ k#+) presents dans les micropores de zeolithes zsm-5 (homologues structuraux de la silicalite-1) de rapport si/al=30 constant, sur les mecanismes d'adsorption des gaz adsorbables cites plus haut. Pour ces zeolithes, seule la transition de phase du krypton n'est pas diffuse a 77 k. Le traitement des donnees microcalorimetriques nous a notamment permis de montrer que le proton a un caractere ionique faible contrairement aux autres cations de compensation. Nous proposons un mecanisme d'adsorption pour les molecules d'azote et de monoxyde de carbone. Enfin, dans la derniere partie de cette etude, nous avons caracterise des materiaux a micropores unidimensionnels: alpo#4-5 et na-zsm-12. Dans le premier cas, nous avons observe un changement d'etat de la phase adsorbee du methane: nous avons determine la configuration des molecules de methane dans la phase la plus dense et montre que les molecules sont regulierement ordonnees et peu mobiles (phase solide cristalline). Nous avons montre que le vieillissement de l'adsorbant entraine une capacite d'adsorption reduite mais que le changement d'etat du methane ne disparait pas. Dans le cas du second adsorbant, nous avons determine sa capacite d'adsorption et montre qu'elle est en bon accord avec celle deduite du calcul des sites d'adsorption potentiels. Nous proposons aussi un mecanisme d'adsorption pour les molecules d'azote et de monoxyde de carbone

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