Synthèse et caractérisation de silices mésoporeuses hydrophobes à porosité contrôlée

Synthesis and characterization of hydrophobic mesoporous silicas with controlled porosity

• Auteur / Autrice : Taissire Benamor
• Direction : Bénédicte Lebeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/12/2011
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équilibre hydrophile-lipophile

Silice

Mots clés libres

Silices mésoporeuses organisées de type SBA-15

Teneur en silanol

Caractère hydrophobe

Caractère hydrophile

Paramètres de synthèse

Calcination par induction

Fonctionnalisation post-synthèse

Organized mesoporous silica type SBA-15

Silanol content

Hydrophobicity

Hydrophilic character

Synthesis parameters

Calcination induction

Post-synthesis functionalization

Résumé

L’influence de paramètres de synthèse et de traitements post-synthèse sur le caractère hydrophobe/hydrophile de silices mésoporeuses organisées (SMO) de type SBA-15 a été étudiée. Ainsi nous avons montré que la durée du mûrissement peut être réduite à la durée nécessaire à la précipitation. La température, l’agitation et la durée de synthèse modulent la morphologie des particules et des agrégats. Le mode de chauffage, la présence d’un sel inorganique et le rapport silice/tensioactif ont un effet sur la structure et la texture du matériau. Concernant les traitements post-synthèse, nous avons considéré l’élimination de l’agent structurant et la fonctionnalisation par greffage. Le taux de silanols diminue suite au vieillissement mais surtout après calcination : cette étape efface les différences en termes de teneur en silanols. C’est la raison pour laquelle une nouvelle méthode d’élimination du tensioactif efficace (dès 300 °C) et rapide (dès 15 min) a été mise en œuvre : la calcination à l’aide d’un four à induction conduit à un matériau avec des propriétés structurales, texturales et une teneur en silanols supérieures à celles d’une SMO de type SBA-15 calcinée par la méthode conventionnelle. La calcination par induction a également été appliquée avec succès sur différents types de SMO telles que la SBA-16 et la MCM-41. Ensuite, l’influence des caractéristiques initiales de la SMO sur la fonctionnalisation par un greffage post-synthèse a été étudiée. Une SMO de type SBA-15 plus hydrophobe a été obtenue avec un greffon possédant une seule fonction condensable. La teneur initiale et probablement l’accessibilité des silanols ont un impact significatif sur le taux de greffage.

The influence of synthesis parameters and post-synthesis treatments on the hydrophobic/hydrophilic character of SBA-15 type ordered mesoporous silicas (OMS) was studied. It was found that the duration of ripening can be reduced to the precipitation time. Temperature, stirring and duration of synthesis steps can modulate the morphology of particles and aggregates. Heating process, presence of an inorganic salt and silica/surfactant ratio are also parameters that affect the structure and texture of the material. Concerning post-synthesis treatments, the elimination of the template and the functionalization by grafting were considered. The rate of silanols decreases during aging but mostly after calcination: this step erases the differences in silanol content. This is why a new method for an effective (at 300 ° C) and fast (for 15 min) removal of the surfactant has been implemented: the calcination using an induction furnace leads to a material with structural, textural properties and silanol content greater than those of a SBA-15 material calcined by the conventional method. The calcination induction has also been successfully applied on different types of OMS such as SBA-16 and MCM-41. Then, the influence of the OMS characteristics on functionalization by post-synthesis grafting was studied. The more hydrophobic SBA-15 material was obtained with a grafting agent possessing a single condensable function. It was also observed that the initial content and the accessibility of silanols probably have a significant impact on the grafting rate.