Synthèse directe de zéolithes Y à hauts rapports Si-Al

Direct synthesis of Y zeolite with a high silicon-to-aluminum ratio

• Auteur / Autrice : Corentin Chatelard
• Direction : Alain Tuel, Mathias Dodin, Raquel Martinez-Franco
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Anne Giroir-Fendler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Tuel, Bénédicte Lebeau, Francesco Di Renzo, Svetlana Mintova, Alexander Sachse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Lebeau, Francesco Di Renzo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse

Synthèse hydrothermale

Synthèse (chimie)

Zéolites

Mots clés libres

Zéolithe Y

Faujasite

Rapport Si/Al

Synthèse hydrothermale

Structure

Dissolution et recristallisation

Agent structurant organique

Y zeolite

Faujasite

Si/Al ratio

Hydrothermal synthesis

Framework

Dissolution and recrystallization

Organic structure directing agent

Résumé

Les zéolithes de type structural FAU (zéolithes X et Y) sont largement employées dans l’industrie en tant que tamis moléculaires, adsorbants (zéolithe X) ou catalyseurs (zéolithe Y). En ce qui concerne les zéolithes Y préparées de manière « classique » avec des structurants minéraux, leur rapport Si/Al (et donc leur stabilité) n’est pas suffisamment élevé pour une utilisation directe en conditions industrielles, L’emploi de molécules organiques structurantes permet d’augmenter ce rapport Si/Al mais de manière insuffisante (Si/Al < 5). L’objectif de cette thèse était de développer de nouvelles voies de synthèse de zéolithes Y permettant d’obtenir directement des rapports Si/Al suffisamment élevés pour une utilisation directe en catalyse, sans avoir recours à des post-traitements longs et coûteux. Deux voies principales ont été suivies : une voie « classique » basée sur l’utilisation d’une ou de deux molécules organiques structurantes, l’autre, plus innovante, consistant à dissoudre partiellement une zéolithe commerciale de type structural FAU et à la recristalliser en présence d’éthers couronnes. Si la première voie a permis d’obtenir des zéolithes avec des rapports Si/Al jusqu’à 6,5 en présence de cations tétraéthylammonium, la seconde s’est avérée particulièrement intéressante, avec des solides issus de synthèse dont les rapports Si/Al ont pu atteindre 12, surpassant ainsi largement les valeurs décrites dans la littérature.

Zeolites with the structural code FAU (X and Y zeolites) are widely used in the industry as molecular sieves, adsorbents (X zeolite) or catalysts (Y zeolite). Regarding Y zeolites prepared through “standard” methods using mineral cations, their Si/Al ratio is not high enough for direct use under industrial conditions. The use of organic structure-directing agents is a way to increase the Si/Al ratio but its value (Si/Al < 5) remains too low. The aim of this PhD was to develop new synthesis ways in order to obtain Y zeolite with a Si/Al ratio sufficiently high for a direct use in catalysis, without needing long and expensive post-treatments. Two main strategies were followed. First, a “classic” method based on the use of one or two organic structure-directing agents, then, a more innovative one, consisting in the partial dissolution of a commercial Y zeolite followed by its recrystallization in presence of crown ethers. The first route led to zeolites with Si/Al ratios greater than 6.5 with tetraethylammonium cations. The second proved particularly interesting, with as-synthesized solids whose Si/Al ratios were able to reach 12, thus largely exceeding the values described in the literature.