Synthesis of Hydrophobic Zeolites for Energetic Applications

Synthèse de Zéolithes Hydrophobes pour des Applications en Energétique

• Auteur / Autrice : Laura Ronchi
• Direction : Toufic Jean Daou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 17/10/2017
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Absorption

Zéolites

Mots clés libres

Zeolithes purement siliciques

Stockage d'énergie

Absorption d'énergie

Intrusion-extrusion

Pure-silica zeolites

Energy storage

Energy absorption

Intrusion-extrusion

Résumé

Les zéolithes sont des solides microporeux cristallins largement utilisés en adsorption, catalyse, échange ionique et comme tamis moléculaires. Les zéolithes hydrophobes purement siliciques (zéosils) peuvent être utilisées pour le stockage et l’absorption de l’énergie mécanique par intrusion d’eau à haute pression. En fonction du système “zéosil-eau”, lorsque la pression est relâchée (extrusion), le système peut restituer, dissiper ou absorber l’énergie mécanique fournie pendant la compression (intrusion) et donc, il peut montrer un comportement de type ressort, amortisseur ou pare-chocs. Récemment, il a été remarqué que l’intrusion de solutions salines peut améliorer considérablement les performances énergétiques de ces systèmes par une augmentation de la pression d’intrusion. Pendant ce travail, l’intrusion d’eau et de solutions de LiCl a été étudiée pour différentes zéosils pour mieux comprendre la relation qui existe entre la structure des zéosils (dimension des pores, type et dimensionnalité du système poreux) et le comportement ou les performances énergétiques du système “zéosil-liquide intrusé”.Les expériences avec des zéosils qui présentent une structure à cage ont confirmé une pression d’intrusion plus faible par rapport à celles observées par les zéosils ayant une structure à canaux. La pression d’intrusion augmente fortement avec la concentration de LiCl pour les zéosils caractérisés par de petites ouvertures des pores, spécialement pour ceux qui ont des cages, tandis que cette augmentation est plus faible lorsque de grandes ouvertures de pores sont présentes. Il a été aussi montré une influence de la concentration du sel sur le comportement, probablement, due à la nature particulière des solutions très concentrées.

Zeolites are microporous crystalline solids widely used in adsorption, catalysis, ion exchange and molecular sieving. Hydrophobic pure-silica zeolites (zeosils) can be used for mechanical energy absorption and storage by high pressure intrusion-extrusion of water. Depending on the “zeosil-water” system, when the pressure is released (extrusion), the system is able to restore, dissipate or absorb the supplied mechanical energy during the compression step (intrusion) and therefore to display a spring, shock absorber or bumper behavior. Recently, it was found that the use of aqueous salt solutions could considerably improve the energetic performances of such systems by an increase of the intrusion pressure.In this work the intrusion of water and LiCl solutions was studied for different zeosils in order to understand the relationship between the structure of zeosils (pore size, pore system type and dimensionality) and the behavior or the energetic performances of “zeosil-liquid” systems. The experiments with cage-type zeosils confirmed a lower intrusion pressure in comparison with channel-type ones. The intrusion pressure strongly increases with the LiCl content for the zeosils with small pore openings, particularly, for the cage-type ones, while for larger pores this increase is less important. An influence of salt concentration on the behavior of “zeosils-liquid” systems probably due to the particular nature of highly concentrated solutions was also shown.