Séparation des isomères de l’hexane par des solides hybrides poreux (MOFs)

Separation of Hexane Isomers in Metal-Organic Frameworks (MOFs)

• Auteur / Autrice : Patricia Alexandra Pinto Mendes
• Direction : Christian Serre, José Silva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie du Solide et des Matériaux
• Date : Soutenance le 09/09/2014
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale sciences et technologies de Versailles (2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lavoisier de Versailles - Institut Lavoisier de Versailles / ILV
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joeri Denayer, Franck Launay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antidétonants

Matériaux poreux

Matériaux hybrides

Isomérie

Hexane

Adsorption

Mots clés libres

Isomères de l'hexane

Courbes de perçage

Adsorption

MOF

Synthese

XRPD

Tga

Hexane isomers

Breakthrough curves

Adsorption

Résumé

Le principal objectif de cette recherche est l’évaluation de nouveaux adsorbants nommés Metal-Organic Frameworks (MOFs) pour la séparation des isomères de l'hexane afin d'améliorer l'indice d'octane de l’essence. La séparation des isomères de l'hexane est actuellement réalisée par Total Isomerization Processes (TIP) basé sur l’utilisation de la zéolithe 5A qui permet d’isoler les paraffines «non normales». Afin d'améliorer et de tester d’autres adsorbants, des structures MOFs flexibles et rigides ont été synthétisées et évaluées pour cette séparation au travers de séries de courbes de perçage avec des mélanges d’isomères de l’hexane nHEX, 3MP, 22DMB et 23DMB. Cela a permis d'obtenir des isothermes d'adsorption à l'équilibre et une analyse de leurs performances a permis de trouver les structures plus performantes. L’UiO-66(Zr) fonctionnalisé par des groupes –Br, –NO2, et –NH2, les solides mésoporeux MIL-100(Cr) et son analogue fonctionnalisé MIL-100(Cr) greffé avec des alkylamines, le solide microporeux MIL-125(Ti) fonctionnalisé avec un groupe –NH2 et le tétracarboxylate de fer(III) microporeux MIL-127(Fe) sont les solides rigides étudiés. Les structures flexibles sont les dicarboxylates de fer(III) MIL-53(Fe) fonctionnalisés –(CF3)2, –2CH3, le ZIF-8 à base d’imidazolate et un polymorphe MIL-88B(Fe) fonctionnalisé –2CF3. La caractérisation de ces adsorbants cristallins a été réalisée par combinaison de diffraction des rayons X (XRPD), spectroscopie infrarouge (IR), analyse thermogravimétrique (TGA) et la porosimétrie d’adsorption d’azote. Les solides MIL-53(Fe)–(CF3)2 et ZIF-8 démontrent un effect de tamis moléculaires avec un comportement remarquable.

The main goals of this research are the synthesis of new specific adsorbents named Metal-Organic Frameworks (MOFs) for the separation of hexane isomers in order to improve the octane number of the gasoline. The separation of hexane isomers is actually performed using the conventional Total Isomerization Processes (TIP) with zeolite 5A which isolates only «non-normal paraffins». In order to improve and to test other alternatives, flexible and rigid frameworks were synthesized, performing a set of breakthrough curves with hexane isomers nHEX, 3MP, 22DMB and 23DMB with the purpose of obtaining adsorption equilibrium isotherms and further analysis of their performances in order to find new frameworks that offer better results. This concerned first the rigid frameworks UiO-66(Zr) functionalized with the functional groups –Br, –NO2, and –NH2; the mesoporous MIL-100(Cr) and its functionalized analogue MIL-100(Cr) grafted with alkylamines, the microporous Ti MOF MIL-125 functionalized with the functional group –NH2 and the iron tetracarboxylate MIL-127(Fe). The flexible frameworks were the Zn imidazolate ZIF-8, the iron(III) dicarboxylates MIL-53(Fe) functionalized with the functional groups –(CF3)2 and –2CH3 and the MIL-88 functionalized with the functional group –2CF3. The characterization of these crystalline adsorbents was achieved by X-Ray Powder Diffraction (XRPD), Infra-Red spectroscopy (IR), Thermogravimetric Analysis (TGA) and nitrogen surface area measurement. MIL-53(Fe)–(CF3)2 and ZIF-8 demonstrated molecular sieve effects with interesting and promossing behaviour for hexane isomers separation.