Adsorption de systèmes gaz/eau en milieu confiné : modélisation par une approche DFT/SAFT couplée à une étude expérimentale

Adsorption of gas/water systems in confined media : DFT/SAFT modelling coupling to an experimental study

• Auteur / Autrice : Carine Malheiro
• Direction : Bruno Mendiboure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie de la fonctionnelle de densité

Adsorption

Mots clés libres

Adsorption

SAFT

DFT

Résumé

La compréhension des phénomènes d’adsorption de gaz en présence d’eau dans des milieux confinés est une problématique importante tant d’un point de vue fondamental que du point de vue des applications industrielles Les travaux menés dans cette thèse ont principalement porté sur le développement d’un nouveau couplage NLDFT/SAFT-VR (Non-Local Density Functional Theory/ Statistical Associating Fluid Theory for potentials of Variable Range) pour modéliser les propriétés interfaciales et l’adsorption de méthane, d’eau et de leur mélange en milieu confiné. Les résultats théoriques obtenus sur ces fluides ont été comparés avec succès à des calculs de simulation moléculaire. Par ailleurs, des isothermes d’adsorption expérimentales de méthane et d’eau sur des charbons actifs ont été mesurées par la technique gravimétrique sur une balance à suspension magnétique. Afin de pouvoir comparer les isothermes expérimentales et théoriques, il est nécessaire de connaître la distribution en taille de pore des solides poreux. C’est pourquoi un nouveau modèle thermodynamique de caractérisation des milieux microporeux a été développé. Les comparaisons des isothermes d’adsorption de méthane ont montré un excellent accord entre résultats théoriques et expérimentaux.

Understanding the gas/water adsorption phenomena in confined media is an important issue from a fundamental point of view and for industrial applications. The main aim of this thesis was to develop a new NLDFT/SAFT-VR coupling (Non-Local Density Functional Theory/ Statistical Associating Fluid Theory for potentials of Variable Range) to model the interfacial properties and the adsorption of methane, water and their binary mixture in porous media. A successful comparison was found between theoretical results from this model and molecular simulation calculations. Moreover, experimental adsorption isotherms of methane and water were measured on activated carbons by gravimetric method on a magnetic suspension balance. In order to compare experimental and modeled adsorption isotherms, it is necessary to get the pore size distribution of the porous solids. To do this, a new thermodynamic model for the characterization of microporous media was developed. The comparison between adsorption isotherms of methane has shown an excellent agreement between theoretical results and experimental measurements.