Thèse soutenue

Adsorption dans un milieu carboné lamellaire nanoporeux : simulation Monte Carlo Grand Canonique, synthèse et caractérisation

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Auteur / Autrice : Daniella Nguemalieu Kouetcha
Direction : Hamidreza Adib RamezaniNathalie Mathieu-Cohaut
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 21/12/2017
Etablissement(s) : Orléans
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (Orléans, Loiret ; 2015-....)
Jury : Président / Présidente : Alfonso San Miguel
Examinateurs / Examinatrices : Hamidreza Adib Ramezani, Nathalie Mathieu-Cohaut, Alfonso San Miguel, Laurent Duclaux, Christopher Ewels, Eva Kovacevic
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Duclaux, Christopher Ewels

Mots clés

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Résumé

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Les carbones désordonnés nanoporeux sont des supports efficaces pour le piégeage de polluants y compris à l’état de traces dans les eaux usées. Le phénomène d’adsorption à l’origine de la rétention des molécules est cependant complexe car dépendant d’une multitude de facteurs : structure, morphologie et charge de la surface carbonée d’une part,taille/forme et polarité de la molécule d’autre part, l’ensemble étant dépendant du pH et de la concentration. Pourune meilleure compréhension du phénomène, il est important de pouvoir étudier séparément certains paramètres.Dans la perspective d’étudier le phénomène d’adsorption en milieu aqueux sur des carbones nanoporeux à structure et morphologie modèle, des structures lamellaires nanoporeuses de type carbone turbostratique ont été générées numériquement en langage C++ avec le calcul de la fonction de distribution radiale ou de paires. L’adsorption gazeuse d’une molécule non polaire ou polaire puis de deux molécules polaires (H2O/CO2) et (H2O/C6H6O)a été simulée par la méthode Grand Canonique Monte Carlo sur ce support modèle (Isotherme d’adsorption,chaleur d’adsorption, densité des molécules adsorbées) en fonction de la température. Les temps de calcul ont été drastiquement diminués en développant des codes parallèles optimisés sous MPI C++. L’influence de la forme etde la distribution en taille des pores a été mise en évidence en simulant l’adsorption sur la structure d’un carbone activé déjà obtenue par reconstruction 3D de type RMC. Enfin, d’un point de vue expérimental, l’intercalation d’ions tetraalkylammonium par voie électrochimique dans des carbones lamellaires (HOPG et graphite) a été explorée en vue d’obtenir des carbones lamellaires nanoporeux (≈1 nm). La structure a été caractérisée par diffraction des rayons X.