Modélisation des composites MOFs/Oxyde de Graphène et leurs performances pour le captage de CO2

par Anusha Lalitha

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Guillaume Maurin.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) et de DAMP - Dynamique et Absorption dans les Matériaux Poreux (equipe de recherche) depuis le 01-02-2017 .


  • Résumé

    Le captage, le stockage et la séparation de gaz sont actuellement des enjeux de société importants tant sur le plan environnemental qu'économique. La réduction des émissions classiques de CO2 et de Composés Organiques Volatils (COVs), gaz à effet de serre responsables d'une part significative du réchauffement climatique actuel et de problèmes de santé publique, est une première illustration de cette problématique générale comme l'a souligné la Conférence Internationale sur le Climat qui s'est tenue à Paris en 2015. Les techniques couramment employées pour séparer ou capter le CO2, font intervenir des procédés de physisorption basés sur l'utilisation de matériaux poreux. Récemment, une nouvelle famille de solides nanoporeux de type MOFs a laissé apparaître des performances très prometteuses dans ce domaine. Ces composés, de faible densité, contiennent à la fois des entités organiques et minérales et présentent des tailles de pores variables allant du domaine micro- au domaine méso-poreux et des surfaces spécifiques parfois très élevées (jusqu'à 6000 m2.g-1). Dans le cadre du projet européen GRAMOFON H2020, l'objectif est de développer un prototype de laboratoire intégrant un matériau composite formé par l'association de MOFs et d'oxyde de graphène pour capter sélectivement CO2 vis-à-vis de N2 (traitement post-combustion) et au-delà d'optimiser le processus de désorption par l'utilisation de micro-ondes pour chauffer le composite et rendre ainsi la désorption plus efficace. Dans le cadre de la thèse, l'objectif est de construire dans un premier temps un modèle réaliste de l'oxyde de graphène et du matériau composite MOFs/oxyde de graphène en couplant des outils quantiques et de Dynamique Moléculaire et au-delà prédire les propriétés de séparation de ces systèmes pour le captage sélectif de CO2. Ces avancées permettront de guider le travail expérimental des autres partenaires du projet.

  • Titre traduit

    Modeling of the MOF/Graphene oxide composites and their CO2 capture performances


  • Résumé

    Global warming resulting from the emission of greenhouse gases has received widespread attention with international action from governments and industries, including a number of collaborative programs, such as SET-Plan, and very recently the International Climate Change hold 2015 in Paris. Key European Commission roadmaps towards 2030 and 2050 have identified Carbon Capture and Storage (CCS) as a central low-carbon technology to achieve the EU's 2050 Greenhouse Gas (GHG) emission reduction objectives, although there still remains a great deal to be done in terms of embedding CCS in future policy frameworks. The selective capture and storage of CO2 at low cost in an energy-efficient is a world-wide challenge. One of the most promising technologies for CO2 capture is adsorption using solid sorbents, with the most important advantage"beinf |he energy penalty reduction during capture and regeneration of the material compared to liquid absorption. The key objectives of the European GRAMOFON project are: (i) to develop and prototype a new energy and cost-competitive dry separation process for post-combustion CO2 capture based on innovative hybrid porous solids Metal organic frameworks (MOFs) and Graphene Oxide (GO) nanostructures. (ii) to optimize the CO2 desorption process by means of Microwave Swing Desorption (MSD) and Joule effect, that will surpass the efficiency of the conventional heating procedures. In particular the objectives of this PhD will be to model the adsorption and separation performances of MOFs and MOF/GOs system as well as understanding the interactions between MOFs surfaces and GOs using advanced molecular simulations tools including Monte Carlo, Molecular Dynamics and quantum calculations. These outcomes will drive the experimental work performed by our collaborators within the frame of the European Project.