Etude de l'adsorption de molécules organiques sur des supports zéolithisés

Study of the sorption of organic contaminants on zeolite films

• Auteur / Autrice : Alexandra Jakob
• Direction : Valentin Valtchev, Michel Soulard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 06/11/2009
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Industrie spatiale

Adsorption

Zéolites

Mots clés libres

Zéolithe

Adsorption

Industrie spatiale

Décontamination

Fibres de carbone

Zeolite

Sorption

Spatial industry

Decontamination

Carbon fiber

Résumé

Afin de satisfaire à un cahier des charges toujours plus exigeant, l'industrie spatiale se doit d'innover en permanence, notamment dans le domaine du maintien des performances. De fait, la minimisation de la contamination moléculaire, qui provient du dégazage sous vide des matériaux constitutifs du satellite, permet d'éviter une baisse progressive des performances de ce dernier. En effet, les molécules organiques issues de ce dégazage peuvent se déposer sur les optiques ou les revêtements de contrôle thennique, altérant ainsi leur fonctionnement. De par leur porosité contrôlée, les zéolithes possèdent des propriétés compatibles avec une utilisation en orbite. Le principal obstacle à l'utilisation de ces matériaux concerne leur mise en forme. Contrairement aux poudres, les films zéolithiques permettent d'éviter la génération de poussières et présentent une meilleure durabilité tout le long de la mission en orbite.Le but de ce travail est d'étudier les propriétés d'adsorption de différentes structures zéolithiques vis-à-vis de divers polluants organiques Des films de zéolithes de types BEA et FAU ont été déposés sur des supports en verre et en fibres de carbone, respectivement. Dans les deux cas, des films homogènes, dotés d'une épaisseur compatible avec une utilisation en orbite, ont été obtenus. Les quantités adsorbées par les films ont été comparées à celles des poudres zéolithiques correspondantes. Il ressort de cette étude que les capacités d'adsorption sont légèrement plus faibles pour les films que pour les poudres, en raison de la présence de barrières diffusionnelles dans les films. Cependant, des études de désorption menées sous vide et en température ont établi que les films présentaient de meilleures capacités de rétention que les poudres, confirmant leur applicabilité dans le domaine de la décontamination moléculaire en orbite.

Molecular contamination control has been described as a key parameter for the optimization of on-orbit satellit functioning. In space conditions, the outgassing of organic pollutants jeopardizes the performances of certain instrument by contaminating critical surfaces such as thermal radiators and optical systems. The chemical nature of these pollutant has been investigated by the NASA, which listed the most frequent ones in a table. Several types of outgassed molecule were identified, mainly deriving from plasticizers (phthalates, adipates...). Moreover, elastomers, adhesives and other compounds such as hydrocarbons were also found in important quantities.In order to minimize the molecular contamination, techniques involving pre-flight bakeouts were set up, but rapidly proved to be expensive and time-consuming, as an important number of outgassing cycles was required to efficiently decrease the molecular contaminationThat is why other porous materials had to be investigated, highlighting zeolite relevancy for satellite decontamination.These aluminosilicate materials exhibit an ordered molecular-sized porous network which induces high sorption properties and an outstanding size and shape selectivity. Another topic of interest deals with the shaping of zeolite for their use in space conditions. Unlike powder materials, zeolite films avoid the generation of dust particles in low earth orbit and can be easily embedded in appropriate areas throughout the lifetime of the mission.This work deals with the preparation of zeolite films and the adsorption of organic contaminants onto their surface. Zeolite beta and faujasite films were prepared on glass substrates and carbon fibers, respectively. The sorption properties towards several alkanes and aromatic molecules were investigated and the performances compared to the powders counterparts. It was shown that the films presented slightly lower sorption properties in comparison to powders, due to diffusional barriers. Nevertheless, the properties were satisfactory in respect to the requirements of space industry.