Étude des premières étapes de l'oligomérisation des zéolithes par simulation moléculaire de Monte Carlo cinétique (kMC)

First step study of the zeolite oligomerization by kinetic Monte Carlo (kMC) molecular simulation

• Auteur / Autrice : Marine Ciantar
• Direction : Caroline Mellot-Draznieks, Carlos Nieto-Draghi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Modélisation moléculaire
• Date : Soutenance le 22/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Gérard, Joël Patarin, Rui Miguel Jorge Coelho Marques
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francis Taulelle, Benoît Coasne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Zéolites

Mots clés libres

Zéolithe

Oligomérisation

Monte Carlo cinétique (kMC)

DFT (density fonctional theory)

BEP (brønsted-Evans-Polanyi)

Agents organiques structurants

Zeolite

Nucleation

Résumé

Ce travail de recherche portant sur la compréhension des premières étapes de synthèse des zéolithes s'inscrit dans le cadre général de développements efficients de nouveaux catalyseurs performants. De nombreuses incertitudes demeurent quant aux mécanismes moléculaires de leur formation, en particulier lors de la nucléation en conditions de synthèse hydrothermale. Dans ce contexte, une méthodologie globale a été proposée afin d'évaluer l'impact des variables de synthèse sur la formation des espèces siliciques. La réalisation de ce travail a nécessité l'usage de différentes méthodes théoriques, combinant des calculs ab initio DFT et des simulations kMC. Un nouveau module kMC nommé Réacdiff a ainsi été développé et validé avec le modèle Lodka. L'extension des chemins réactionnels vers des espèces plus complexes a été effectuée et le recours à des modèles théoriques du type Brønsted-Evans-Polanyi (BEP) a été indispensable afin de les estimer rapidement. Un nouveau modèle des étapes réactionnelles d'oligomérisation a été proposé et a permis de tester l'effet crucial des agents organiques structurants (AS). Ces travaux ont permis de donner un nouveau regard sur la compréhension de la condensation des espèces siliciques durant les premières étapes de la synthèse des zéolithes.

This research work on the understanding of the early stages of zeolites synthesis fits withinthe general framework of the technological lock on the lower cost of new efficient catalysts synthesisoptimization. Many uncertainties remain with respect to the molecular mechanisms of their formation,in particular during nucleation in hydrothermal synthesis conditions. In this context, a comprehensivemethodology was proposed to assess the impact of synthesis variables in the formation of silicicspecies. This objective has required the use of different theoretical methods, combining ab initio DFTcalculations and kMC simulations. The creation of a new kMC module named Reacdiff has beendeveloped and validated with the Lodka model. The extension of reaction pathways to more complexspecies was carried out with the essential use of theoretical models like Brønsted-Evans-Polanyi(BEP) to quickly estimate. A new anionic model of the reaction steps of oligomerization has beenproposed and has allowed testing the crucial effect of organic templates. These thesis works gave anew understanding on the condensation of silicic species in early stages of zeolite synthesis.