Matériaux polymères composites innovants pour la séparation du CO2

Ιnnοvative cοmpοsite pοlymer materials fοr CΟ2 separatiοn

• Auteur / Autrice : Di Wang
• Direction : Nicolas Desilles, Kateryna Fatyeyeva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/05/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Polymères, biopolymères, surfaces (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1974-...)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Plesse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Desilles, Kateryna Fatyeyeva, Anthony Szymczyk, Fabrice Gouanvé, Géraldine Gouhier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anthony Szymczyk, Fabrice Gouanvé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séparation par membranes

Dioxyde de carbone

Composites

Sulfones

Polymères

Mots clés libres

Polysulfone (PSF)

Polyéthersulfone (PES)

Liquide ionique (IL)

Membrane composite

Séparation du CO₂

Polysulfone (PSF)

Polyethersulfone (PES)

Ionic liquid (IL)

Composite membrane

CO₂ separation

Résumé

Actuellement, les émissions de CO₂, principal responsable du réchauffement climatique, augmentent à un rythme alarmant. Par conséquent, il existe un besoin mondial croissant de technologies de pointe capables de séparer et de capturer efficacement le CO₂. Dans ce travail, une série de membranes composites PSF/IL et PES/IL pour la séparation du CO₂ ont été étudiées. Six IL ([Meim][TFSO₃], [Vim][TFSO₃], [Meim][Tf₂N], [Vim][Tf₂N], Li(DOBA)[Tf₂N] et Li(HDA)[Tf₂N]) ont été synthétisés avec succès et caractérisés par FT-IR, 1H RMN, TGA et DSC. Des membranes composites avec différentes quantités d'IL ont été fabriquées par évaporation de solvent puis étudiées par FT-IR, TGA, DSC, MEB, cartographie du F, énergie de surface, essais de traction et perméation aux gaz (CO₂, N₂ et O₂). A 25°C et 4 bar, la membrane PES/10[Vim][Tf₂N] présente une perméabilité au CO₂ de 1,92 Barrer avec des sélectivités CO₂/N₂ et CO₂/O₂ améliorées de 20,4 et 6,1, respectivement.

Currently, the emission of CO₂, which is the primary contributor to global warming, is increasing at an alarming rate. Consequently, there is a growing global need for cutting-edge technologies that can effectively separate and capture CO₂. In the present work, a series of PSF/IL and PES/IL composite membranes for CO₂ separation were investigated. Six ILs ([Meim][TFSO₃], [Vim][TFSO₃], [Meim][Tf₂N], [Vim][Tf₂N], Li(DOBA)[Tf₂N] and Li(HDA)[Tf₂N]) were synthesized successfully and characterized by FT-IR, 1H NMR, TGA and DSC. Composite membranes with different IL loadings were fabricated by solution casting method and exhaustively studied by FT-IR, TGA, DSC, SEM, F-mapping, surface energy, tensile tests, and gas permeation (CO₂, N₂ and O₂). Under 25°C and 4 bar, PES/10[Vim][Tf₂N] membrane showed a CO₂ permeability of 1.92 Barrer with improved CO₂/N₂ and CO₂/O₂ selectivities of 20.4 and 6.1, respectively.