Understanding the adsorption of greenhouse gases in crystalline microporous adsorbents : a comparison between a silicoaluminophosphate (SAPO-STA1) and metal organic framework (MIL91)

par Lucia Gaberová

Thèse de doctorat en Sciences de la matière. Sciences des matériaux. Surfaces et interfaces

Sous la direction de Philip Llewellyn.

  • Titre traduit

    Compréhension de l'adsorption des gaz de l'effet de serre sur des adsorbants microporeux cristallins : comparaison entre une silicoaluminphosphate (SAPO-STA1) et une structure métallique organique (MIL-91)


  • Résumé

    Cette thèse présente une analyse des propriétés d’adsorption de différents matériaux poreux. Nous allons montrer comment les caractéristiques structurales et chimiques des échantillons peuvent influencer ces phénomènes d'adsorption. Nous allons étudier des solides minéraux comme les AlPOs et les SAPOs, présentant une structure zéolithique et des solides hybrides poreux cristallisés dont la partie minérale est reliée par des ponts organiques (MOF). Dans ce but, nous utilisons différentes techniques expérimentales afin de caractériser la chimie de surface de ces matériaux et fournir des informations au sujet de la possibilité d’utiliser ces matériaux pour la séparation de gaz CO2/CH4. Dans la première étape, l’utilisation de différentes molécules sondes permettent de mieux comprendre les interactions adsorbat-adsorbant en mettant en œuvre des mesures de calorimétrie à 77K puis à température ambiante. Cette étude a été complétée par des mesures de spectroscopie infrarouge et de diffusion quasi-élastique des neutrons couplées à des modélisations moléculaires. Nous montrons que cette combinaison d’outils expérimentaux permet de sonder les facteurs thermodynamiques et cinétiques du phénomène d’adsorption au sein de ces matériaux pour in fine prédire quel est celui qui gouverne les processus de co-adsorption. Par ailleurs, les changements structuraux dans les MOFs au cours de l’adsorption ont été mis en évidence par des mesures de diffraction des rayons X réalisés sur synchrotron. L’objectif est donc de définir une stratégie au niveau des outils expérimentaux et théoriques susceptibles de sonder le plus précisément possible les performances d’un adsorbant quelconque vis-à-vis d’un adsorbat donné.


  • Résumé

    The present manuscript presents an analysis of the adsorption properties of various nanoporous solids. We will show how the structural and chemical characteristics of the samples can influence the adsorption. A comparison is given between AlPOs and SAPOs, zeotype inorganic structures with a metal organic hybrid porous structure (MOF) constructed in a similar fashion to the zeotypes. Various experimental techniques have been chosen to characterize the surface chemistry of these materials and to provide information about the possibility of using these materials in the separation of CO2/CH4. In the first part, different gas probes were used to allow us to follow the adsorbate-adsorbent interactions and thus to understand the differences in the surface chemistry of the adsorbents using the adsorption calorimetry at 77K and at 303K. This thermodynamic approach was completed via collaborative studies involving infrared spectroscopy, neutron scattering and molecular simulation. The work highlights how this toolbox of methodologies allows one to probe the thermodynamic and kinetic factors of the adsorption phenomena in these materials which may then eventually allow a prediction of which factors govern the process of coadsorption. In the case of the MOF, the structural changes of the materials were followed by in situ measurements coupled with Synchrotron XRPD. The aim here is a strategy with respect to the experimental and theoretical methods to probe precisely a possible performance of an adsorbent with respect to an adsorptive gas.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIV-250 f.)
  • Annexes : Bibliographie en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCT 939
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