Sorption Proprietes of Zeolite Nanocrystals assembled in Films

• Auteur / Autrice : Haçan Ali Ahmad
• Direction : Svetlana Mintova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire catalyse et spectrochimie (Caen ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Bernhard Witulski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Svetlana Mintova, Bernhard Witulski, Sabine Valange, Tzonka Mineva, Vincent De Waele, Valentin Valtchev
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Valange, Tzonka Mineva

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Couches minces

Synthèse hydrothermale

Matériaux nanostructurés

Thèses et écrits académiques

Zéolites

Résumé

Les zéolithes (aluminosilicates microporeux) et en particulier ceux de taille nanométriques ont un fort potentiel pour diverses applications, tels que les composés électroniques, les systèmes hôte/invité, la libération contrôlée de médicaments, les dépôts optiques, les détecteurs, les systèmes photovoltaïques, etc. En plus de leurs petites tailles de particules, les zéolithes de taille nanométrique possèdent une importante surface d’aire externe, une porosité définie, des propriétés de surface contrôlable, des chemins de diffusion courts et une grande stabilité en suspension colloïdale. Les objectifs principaux de cette thèse ont été de préparer des zéolithes de taille nanométrique (de diamètre cristallin inférieur à 100 nm), d’optimiser les procédures de synthèse et de démontrer les performances des zéolithes synthétisés en tant que détecteurs chimiques et absorbants sélectifs. De plus, la toxicité des zéolithes de taille nanométrique a été étudiée; la nature non-toxique des nanoparticules de zéolithes synthétisées en l’absence d’agents structurants organiques ouvre la voie à de nouvelles applications dans la biomédecine, le domaine pharmaceutique ou la fabrication de produits cosmétiques. Durant ces travaux, trois types de zéolithes de taille nanométrique ont été synthétisés. De plus, les procédures de synthèse pour les nanozéolithes ont été modifiés par incorporation in situ de Ni issu de fibres naturelles ou par incorporation post-synthèse de Li. Dans un premier temps, ces travaux ont été focalisés sur l’optimisation des procédures de synthèse pour l’obtention de cristaux de taille nanométrique ayant une microporosité élevée, un caractère hydrophile plus ou moins prononcé et une grande stabilité en suspension colloïdale. Deuxièmement, l’assemblage en films de ces zéolithes par spin-coating a été réalisé. Puis l’utilité de ces films de zéolithes pour l’adsorption sélective de (i) o- et p-cresol, (ii) eau et méthanol, et (iii) dioxyde nitrique a été démontrée. Enfin, la toxicité des nanoparticules de zéolithes a été prouvée, ainsi que l’adsorption sélective envers le fibrinogène.

Zeolites (microporous aluminosilicates) in particular with nanosized dimensions have potential applications in electronic devices, host-guest systems, drug delivery, optical coatings, sensors, photovoltaic, medicine etc. In addition to the small particle size, nanosized zeolites exhibit large external surface area, defined porosity, controllable surface properties, short diffusion pathway, and high stability in colloidal suspensions. The main goal of this PhD thesis was to prepare zeolites with nanosized dimensions (crystal diameter of less than 100 nm), to optimize the synthesis procedures and to demonstrate their performance as chemical sensors and selective sorbents. Furthermore, the toxicity of the nanosized zeolites was investigated; the non-toxic natures of zeolite nanoparticles synthesized free of organic templates opens the doors for new applications including in biomedicine, pharmaceutical and cosmetic products fabrication. In this study, three types of nanosized zeolites were synthesized. Additionally the syntheses procedures for nanozeolites were modified by in-situ incorporation of Ni originated from natural fibers, and by post-synthesis incorporation of Li. Firstly, the work was mainly focused on the optimization of synthesis procedure to obtain nanocrystals with well-developed microporosity, diverse hydrophilicity and high stability in colloidal suspensions. Secondly, the immobilization of zeolite nanocrystals in films via spin-coating approach was performed. Then the use of these zeolite films for selective adsorption of (i) o- and p-cresol, (ii) water and methanol, and (iii) nitric dioxide was demonstrated. Finally, the toxicity of the zeolite nanoparticles was probed, as well as the selective adsorption toward fibrinogen is demonstrated.