Etude thermodynamique de la co-adsorption de N2, Ar et CH4 à 40° C, jusqu'à 15 bar par des matériaux poreux

Thermodynamical investigation of co-adsorption of N2, CH4, and Ar at 40° C up to 15 bar on porous materials

• Auteur / Autrice : Stéphanie Moret
• Direction : Jean Rouquerol, Philip Llewellyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Science des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz -- Absorption et adsorption

Pression -- Mesure

Hautes pressions

Gravimétrie (chimie analytique)

Charbon actif

Zéolites

Résumé

Ce travail porte sur l'étude thermodynamique de la co-adsorption des gaz, à partir de mélanges gazeux binaires, dans des conditions aujourd'hui considérées comme intéressantes pour la séparation des gaz. Nous avons construit un appareil de mesure, couplant la gravimétrie, la densimétrie et la manométrie d'adsorption, destiné à étudier la co-adsorption de mélanges gazeux, de 2 à 5 constituants, à différentes températures pour des pressions allant jusqu'à 50 bar. La validation de l'appareil a été effectuée pour l'adsorption de gaz purs pour lesquels des données expérimentales fiables avaient pu être obtenues, dans le même domaine de pression au Centre de Recherche Claude Delorme (Air Liquide). En utilisant seulement la gravimétrie d'adsorption, nous avons étudié l'adsorption d'Ar, de N2 de CH4 et de CO2 à trois températures et jusqu'à 50 bar par trois zéolithes et un charbon microporeux. Le calcul de l'enthalpie dérivée d'adsorption pour les systèmes précédents (par mesure isostérique), nous a permis d'examiner la corrélation intéressante entre l'enthalpie dérivée d'adsorption à taux de recouvrement nul et le rapport q/r de la charge du cation de compensation sur son rayon atomique. Puis en couplant la manométrie, la gravimétrie et la densimétrie d'adsorption, nous avons abordé l'étude de l'adsorption de mélanges gazeux binaires Ar/N2 et N2/CH4, à trois compositions différentes du mélange gazeux initial (25/75, 50/50, 75/25), à 40° C jusqu'à 15 bar. Les résultats de la co-adsorption ont mis en évidence les rôles prépondérants du moment quadrupolaire du diazote et de la polarisabilité des molécules adsorbées de l'adsorption préférentielle et donc dans la sélectivité. Nous avons enfin abordé les possibilités de prédiction de la co-adsorption de ces mélanges binaires, en appliquant les modèles IAST et HIAST.