Gels poreux biosourcés : production, caractérisation et applications

Biosourced porous gels : production, characterisation and applications

• Auteur / Autrice : Gisèle Amaral-Labat
• Direction : Alain Celzard, Vanessa Fierro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/07/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Partenaire(s) de recherche : École : Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois (Epinal)
• Jury : Président / Présidente : Cordt Zollfranck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Pizzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Flandin, Françoise Quignard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colloïdes

Matériaux poreux

Porosité

Colloïdes

Mots clés libres

Aérogels

Cryogels

Xérogels

Tanin

Soja

Carbones poreux

Supercondensateurs

Isolants thermiques

Aerogels

Cryogels

Xerogels

Tannin

Soy

Porous carbons

Supercapacitors

Thermal Insulators

Résumé

Ce travail de recherche présente la préparation et la caractérisation de matériaux monolithiques hautement poreux dérivés majoritairement de ressources naturelles. L'objectif était de préparer de nouveaux gels biosourcés jusqu'à 91%, de proposer des alternatives au séchage supercritique au CO2, et d'étudier quelques propriétés d'intérêt de tels gels après séchage, non seulement à l'état organique mais, dans certains cas, après pyrolyse pour obtenir des gels de carbone. A ces fins, le tannin et le soja ont été testés comme précurseurs, à différentes concentrations et différents pH, et trois voies de séchages ont été utilisées : supercritique, lyophilisation et séchage évaporatif. Les gels obtenus ont été caractérisés en termes de densité, porosité, distributions de tailles de pores et surfaces spécifiques, qu'ils soient sous forme organique ou carbonée selon l'application envisagée ou le type de porosité attendue. Leurs propriétés mécaniques et thermiques ont aussi été mesurées. La très large gamme de textures poreuses obtenues a permis de proposer des applications en tant qu'isolants thermiques, supports de catalyseur, ou électrodes de condensateur électrochimiques, selon les cas

This manuscript presents the preparation and the characterization of highly porous monolithic materials mainly derived from natural resources. The objectives were to: (i) develop new gels, biosourced up to the 91% level; (ii) suggest alternatives to supercritical drying in CO2, and (iii) investigate properties of interest for such gels in the organic state and, in some cases, after pyrolysis for obtaining carbon gels. For those purposes, tannin and soy flour were tested as precursors, at different concentrations and different pH, and three ways of drying were used: supercritical drying, freeze drying and evaporative drying. The obtained gels were characterized in terms of density, porosity, pore size distributions and specific surface area, whether in organic or in carbon form, depending on the intended application or expected type of porosity. Mechanical and thermal properties were also measured. The obtained broad range of porous textures allowed suggesting applications such as thermal insulators, catalyst supports or electrodes for electrochemical capacitors