Etude de la solubilité de l’hydrogène dans des liquides confinés

par Stéphanie Clauzier

Thèse de doctorat en Chimie. Génie des procédés. Environnement

Sous la direction de David Farrusseng.

Soutenue le 18-12-2012

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (laboratoire) .

Le jury était composé de Benoît Coasne, Pascal Fongarland, Svetlana Mintova, Marc Pera-Titus.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Bellat, Alain Méthivier.


  • Résumé

    L’adsorption des gaz dans les solides micro/mésoporeux et la solubilisation des gazdans les liquides sont des phénomènes physiques très bien connus. En revanche, lasolubilisation des gaz dans un liquide confiné à l’intérieur d’un solide (système hybride) estun domaine très peu étudié, malgré des applications importantes, notamment dans l’extractiondu pétrole, les ciments ou encore les réacteurs catalytiques triphasiques. Nous avons montréexpérimentalement que la solubilité du CO2 et H2 augmente quand la taille de pores du solideest de l’ordre du nanomètre. Un des objectifs de cette thèse était d’optimiser le couple solidesolvant(système hybride) et les conditions de température et de pression pour augmenter lestockage de H2 pour les applications de stockages. Dans le système Aérogel/éthanol à 50 barset 0°C, la solubilité de H2 est 8,5 fois supérieure à la solubilité mesurée dans le liquide seul,représentant une masse de 6,2g d’hydrogène stocké par kg de solide. Le second objectif étaitde comprendre les paramètres clefs de ce phénomène apparent de « sursolubilité » dans lessystèmes hybrides. En comparant différents solides poreux (zeolithes, MOF, MCM, silice),nous avons montré le rôle majeur des propriétés d’interfaces. Les phénomènes desolubilisation ont été modélisés à l’échelle moléculaire par GCMC et validéesexpérimentalement. Il apparait que le mécanisme de sursolubilisation provient d’unestructuration en couche des molécules de solvants en interactions avec les parois dumésopore.

  • Titre traduit

    Study of hydrogen solubility in nano-liquid confined


  • Résumé

    The adsorption of gases in micro/mesoporous materials and solubility of gases inliquids are physical phenomena well known. On the other hand, solubility of gases in liquidsconfined inside a solid (hybrid system) has not been entensively studied, despite the importantapplications such systems can have in the areas of oil extraction, cement and triphasiccatalytic reactors. We have shown experimentally that the solubility of CO2 and H2 increaseswhen the size of the pores of the solid is in the nanometer range. One of the objectives of thisthesis was to optimize the couple a solid and a solvent into a hybrid system and the conditionsin which to increase the H2 storage capacity. In an aerogel/ethanol hydrid system at 50 barand 0 ° C, the solubility of H2 is 8.5 times greater than the solubility measured in the singleliquid, representing a mass of 6.2 g of hydrogen stored per kg of solid. The second objectivewas to understand this apparent phenomenon of oversolubility and the key parameters in thehybrid systems. By comparing different porous solids (zeolites, MOFs, MCM-41 and silica),we have shown the major role of the properties of interfaces. The phenomena of solubilsationwas modelled by GCMC and experimentally validated. It appears that the mechanism ofoversolubilisation comes from structuring the solvent molecules in interactions with the wallsof the mesopore layered.


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