Propriétés thermodynamiques de nouveaux matériaux nanoporeux hybrides organiques / inorganiques pour l'adsorption de gaz à effet de serre

Thermodynamical properties of novel hybrid nanoporous adsorbents for the adsorption of greenhouse gases

• Auteur / Autrice : Sandrine Bourrelly
• Direction : Philip Llewellyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Science des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Solides

Calorimétrie

Gaz -- Absorption et adsorption

Résumé

Nous avons réalisé une étude thermodynamique de l'adsorption gazeuse dans deux classes de solides nanoporeux hybrides MIL (Matériaux de l'Institut Lavoisier), de type Metal Organic Frameworks. Les propriétés d'adsorption des gaz à effet de serre, CO2 et CH4, sont caractérisées principalement par microcalorimétrie d'adsorption en phase gazeuse à 303 K et jusqu'à 50 bar. D'une part, la caractérisation des structures rigides MIL100 et MIL101 avec de larges cavités poreuses, met en évidence des capacités d'adsorption élevées, et des enthalpies d'adsorption révélant de fortes interactions entre le CO2 et les sites métalliques insaturés, identifiés par spectrosocopie infrarouge (Laboratoire Catalyse Spectrochimie). D'autre part, nous avons établi les relations entre la flexibilité structurale des solides MIL53 (Cr3+, Fe 3+, A13+) et leurs propriétés d'adsorption. Les changements de phase pendant le processus d'adsorption du CO2 ont été confirmés par diffraction des rayons X in situ. Dans un premier temps, les interactions entre le CO2 et les chaînes métalliques du MIL53 provoquent la contraction des canaux poreux. Puis, à partir de 5 bar, d'autres interactions se mettent en place déstabilisent les interactions initiales ; permettant ainsi la réouverture de la porosité. La modélisation numérique (Institut Gerhardt) a relevé les configurations thermodynamiquement favorables du système « réseau ouvert/fermé avec les molécules de CO2 », en accord avec les résultats de spectroscopie infrarouge. Cette analyse détaillée des processus d’adsorption, réalisée en couplant différentes techniques in situ, souligne l’intérêt justifié des solides hybrides poreux pour l’adsorption gazeuse.