Thèse soutenue

Etude de l’adsorption des sucres dans les zéolithes : compréhension des mécanismes de séparation
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Wassim Ammar
Direction : Alain Méthivier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 28/11/2022
Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Français du Pétrole. Energies Nouvelles (Lyon)
Jury : Président / Présidente : Mélaz Tayakout
Examinateurs / Examinatrices : Alain Méthivier, Mélaz Tayakout, Jean-Pierre Bellat, Joeri Denayer, Cecile Lutz, Maria Mańko
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Bellat, Joeri Denayer

Mots clés

FR  |  
EN

Mots clés contrôlés

Résumé

FR  |  
EN

La biomasse de seconde génération est essentiellement composée de sucres qui constituent une matière première pour produire des molécules à haute valeur ajoutée. Pour obtenir des flux séparés de chaque sucre (xylose, glucose, …), l’incorporation d’une étape de séparation après le fractionnement de la lignocellulose est nécessaire dans une bioraffinerie. Ce travail a pour objectif d’étudier et de rationaliser la séparation de monosaccharides d’origine lignocellulosiques (glucose et xylose) par adsorption. Pour cela, la supercage d’une zéolithe de type faujasite est sélectionnée comme modèle pour promouvoir la séparation de sucres. Une bibliothèque d’adsorbants est construite en utilisant l’échange ionique de deux structures présentant des forces électrostatiques différentes: NaX (Si/Al = 1.2) et NaY (Si/Al = 2.6). La bibliothèque des adsorbants est caractérisée et testée pour la séparation de xylose/glucose. Grâce à la combinaison d’approches expérimentales et théoriques, plusieurs paramètres sont identifiés à l’origine du pouvoir de séparation: 1) la distribution cationique et en particulier la nature du cation compensateur ont une large influence sur la sélectivité. BaX et BaY sont de bons candidats pour la séparation où BaX est sélective vers le xylose et BaY sélective vers le glucose. 2) La solvatation des sucres a un impact sur l’adsorption. Par exemple, l’addition de l’éthanol à la charge (entre 0 et 50 % poids) augmente les quantités adsorbées des deux sucres dans BaX et BaY. La présence de l’éthanol dans le mélange impacte également les sélectivités obtenues à partir des solutions aqueuses. 3) Outre la solvatation, les résultats expérimentaux montrent une inversion de sélectivité pour BaY en augmentant le remplissage de la supercage. L’étude de modélisation à l’échelle microscopique (calculs champs de forces) confirme que le taux de remplissage a un impact sur la sélectivité. Afin d’obtenir davantage de détails structurels sur les modes d’adsorption, des expériences de 13C MAS NMR ont été menées et révèlent que seules les formes pyranoses sont adsorbées, avec des proportions similaires à celles de la phase liquide. En parallèle, les calculs de la Théorie de la Fonctionnelle de Densité (DFT) permettent d’identifier les principaux modes d’adsorption du glucose et xylose. Grâce à ces résultats, différents axes d’amélioration sont identifiés comme candidats pour optimiser les performances de séparation en induisant un placement proche du mécanisme clé-serrure.