Thèse soutenue

Élaboration de composite zéolithe/polymère par photopolymérisation : application en impression 3D
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Auteur / Autrice : Yuanyuan Gao
Direction : Angélique Simon MasseronJacques Lalevée
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 27/09/2023
Etablissement(s) : Mulhouse
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Résumé

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Les zéolithes sont largement utilisées pour la séparation des gaz, la purification de l'eau, en catalyse, en biomédicine, dans les domaines de l'optique et de l'électronique grâce à leur structure poreuse unique, leur grande surface spécifique et la présence de sites acides. Après leur synthèse, les zéolithes se présentent sous forme de poudre et doivent être mises en forme avant leur utilisation à l’échelle industrielle. Cependant, les approches traditionnelles de mise en forme des zéolithes ne permettent que la production de formes simples comme des billes, des pastilles, des extrudés ou de simples monolithes, qui ne répondent pas bien aux besoins industriels croissants. De plus, les inconvénients de l'utilisation de liants, tels que la réduction de la porosité et de la stabilité thermique, peuvent limiter sérieusement l'efficacité des zéolithes. Par conséquent, l'impression 3D a été utilisée ces dernières années comme une technique polyvalente pour fabriquer des objets zéolithiques de taille, de forme et de complexité variables.Parmi les différentes techniques d'impression 3D, la photopolymérisation a attiré beaucoup d'attention en raison de ses avantages uniques tels que le taux de production élevé, la température de réaction douce, le faible niveau de composés organiques volatils (COV), la faible consommation d'énergie, un excellent contrôle spatial et temporel, etc.L'objectif principal de ce travail de thèse est d'avancer dans le développement de composites zéolithe/polymère structurés ou de monolithes zéolithiques en utilisant la photopolymérisation. La section introduction de cette thèse fournit un aperçu complet et un classement des techniques d'impression 3D pour la fabrication de matériaux poreux structurés tout en précisant leurs diverses applications. Ensuite, nous avons développé des formulations photodurcissables pour les composites zéolithe/polymère et discuté en détail de la sélection des photoamorçeurs et des monomères. Les composites obtenus ont ensuite été soumis à un processus de calcination pour éliminer la partie polymère et libérer la porosité des zéolithes. Les paramètres de calcination ont été étudiés. Ensuite, l'impact des différentes caractéristiques des zéolithes, telles que la taille des particules et leur composition chimique, sur la photopolymérisation a été étudié. Enfin, nous avons également exploré les effets des liants sur l'amélioration des propriétés mécaniques des composites élaborés. Les monolithes calcinés ont été testés pour différentes applications (adsorption de gaz ou capacité d'échange d'ions en milieu aqueux). Ils ont présenté une surface spécifique et une capacité d'adsorption comparables à celles des poudres d'origine et des produits commerciaux, indiquant leur performance prometteuse.Ces études visent à ouvrir de nouvelles possibilités pour l'impression 3D et la mise en forme des zéolithes, avec pour objectif ultime de faire progresser la fabrication d'adsorbants et de catalyseurs zéolithiques structurés.