Développement de membranes céramiques pour la séparation des gaz : fibres creuses et composites mésoporeux de nouvelle génération

Development of ceramic membranes for gas separation : nouvel hollow fibres and mesoporous composites

• Auteur / Autrice : Awad Alshebani
• Direction : Sylvain Miachon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes de séparation des gaz

Gaz -- Séparation

Résumé

L’objectif de ce travail a été le développement de membranes et fibres creuses céramiquesfondées sur des matériaux micro - et mésoporeux de nouvelle génération pour la séparation sélective des gaz. Après une revue de l’état de l’art, nous présentons les techniques de la préparation et de synthèse des membranes. Ensuite vient l’étude de l’influence des différentes conditions de désorption, avant la séparation gazeuse, sur la perméance gaz pur, et sur la séparation de mélanges gazeux dans le troisième chapitre. La désorption semble être cruciale non seulement pour assurer l’obtention des données fiables de perméation, mais aussi d'améliorer également la capacité de séparation des membranes dans des applications pratiques. Nous présentons ensuite pour la première fois la synthèse de fibres creuses MFIalumine de type nanocomposite, où le matériau zéolithique cristallise dans les pores de l’alumine au lieu de former une couche superficielle. Cette architecture offre non seulement plus de stabilité mécanique, mais aussi une meilleure séparation à haute température. Dans le cinquième chapitre, nous présentons aussi des caractérisations de membranes tubulaires nanocomposites de silice ordonnée du type MCM-41 (« LUS »), avec une taille de pore d’environ 3 nm. Une dernière section apporte des résultats complémentaires de perméance et de séparation des gaz

The aim of this work is the development of micro- and mesoporous membranes of new generation for gas separation, with special insight into tubular and hollow fibre geometries. After a review of the state of the art, we present the techniques of preparation and synthesis of the membranes. In a third section, a detailed study is presented, focusing on the influence of the desorption conditions on the pure gas permeance and gas mixture separation in MFI tubular membranes. Gas desorption prior to any test appears to be a crucial step not only to obtain reliable gas permeance data, but also to also to improve the separation performance of a membrane in practical applications. In a fourth section, we present, for the first time, the synthesis of nanocomposite MFI/alumina hollow fibres, where the zeolite material crystallizes in the alumina support pores instead offorming a surface film. This architecture offers not only more mechanical stability, but also a better separation performance at high temperature. In a fifth section, this work presents, also for the first time, the characterization of nanocomposite MCM-41(‘LUS’)/alumina tubular membranes, with a mean pore size about 3 nm. A last section provides complementary results of permeance and gas separation.