Purification ultime de biocarburant 2G par adsorption sélective des impuretés oxygénées.Développement de méthodes adsorptives et spectroscopique pour l’étude des interfaces solide-liquide

Ultimate purification of biofuels by selective adsorption of oxygenated impurties. Development of adsorptive and spectroscopic methods for the study of solid-liquid interfaces (SLI)

• Auteur / Autrice : Luis Jacobo Aguilera Aguilera
• Direction : Françoise Maugé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 06/06/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire catalyse et spectrochimie (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Grégory Lefèvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégory Lefèvre, Florence Epron, Maria Mańko, Frédéric Richard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Grégory Lefèvre, Florence Epron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Zéolites

Biocarburants

Phénol

Interfaces solide-liquide

Adsorption

Mots clés libres

Adsorption en phase liquide

Adsorption in liquid phase

ATR-IR

Phenol

Biofuels

Solid-liquid interface

Zeolites

Résumé

Ce travail concerne l’étude d’un procédé d’adsorption sélective du phénol présent dans un biocarburant 2G. Différentes familles d’adsorbants ont été étudiés des zéolithes Y (HY2.9, NaY et H-USY40), une alumine et des solides mésoporeux (SBA-15 et CuSBA-15). Leurs capacités d’adsorption du phénol ont été testées sur différentes solutions allant d'une solution simple (phénol/isooctane) à un mélange complexe contenant des molécules représentatives de celles présentes dans une essence (toluène, cyclohexane et 2,3-diméthyl-2-butène). Dans la première partie, les capacités d’adsorption sont testées en conditions statique (batch) et dynamique (flow). Les matériaux mésoporeuse et les zéolithes à faible teneur en Si/Al présentent les meilleures performances pour l'adsorption du phénol dans une solution simple. La capacité d’adsorption des matériaux mésoporeux est liée à leur quantité élevée de silanols, et pour les zéolithes, à leur concentration élevée en sites acides, qu'ils soient protoniques ou cationiques. En présence d’une solution complexe, l’ensemble des matériaux présentent une diminution de leur capacité d'adsorption en phénol. Les solides contenant le moins de sites acides de Brønsted ou aucun site acide sont les plus performants. Ainsi, NaY présente les meilleures performances quelle que soit la composition du mélange. Sur HY et USY, l’oléfine réagit et conduit à la formation d’alkylphenols. La deuxième partie de la thèse concerne l'étude infrarouge par réflexion totale atténuée (IR-ATR) de l'interface solide-liquide in situ sous flux de solution. L'étude montre que l'IR-ATR est une technique rapide et bien adaptée qui permet de rendre compte des modes d'adsorption ainsi que des capacités d'adsorption pour un adsorbant en utilisant différentes solutions et également de comparer les différents solides. Les résultats obtenus par IR-ATR sont en bon accord avec les tests réalisés sous flux et en batch.

In this work was studied a selective elimination process of phenol from 2G biofuel. Different families of adsorbents were investigated FAU zeolites (HY2.9, NaY and H-USY40), alumina and mesoporous SBA-15 and CuSBA-15. The performances of the adsorbents were tested using different solutions from a simple solution (phenol/isooctane) up to a complex mixture comprising molecules representative of those present in a gasoline (toluene, cyclohexane and 2,3-dimethyl-2-butene). In the first part, static (batch) and dynamic (flow), phenol adsorption was carried out. Within simple solution, mesoporous silica as well as zeolites with low Si/Al present good performances for phenol adsorption. In the case of mesoporous materials, it is related to their high silanol amount, and for zeolites, the good phenol adsorption properties can be related their high concentration in acidic sites either protonic or cationic. Within complex solution, all materials decrease their adsorption capacities. However, the solid containing the less Brønsted acid sites or no acid sites are the most performant. Thus, NaY shows the best performance whatever the composition of the mixture. On HY2.9 and USY40, the olefin reacts and leads to the formation of alkyl phenols. The second part of the thesis focus on the infrared-attenuated total reflection (IR-ATR) analysis of solid-liquid interface under flow configuration. The study revealed that IR-ATR study is a well-appropriate and rapid technique that allows to account for the adsorption modes as well as the adsorption capacities for one adsorbent using different solution compositions and also to compare the different solids. The results obtained by IR-ATR show a good agreement with flow and batch tests.