Dépôt de couches atomiques pour les membranes séparatives d'hydrogène
Auteur / Autrice : | Lucie Badouric |
Direction : | Mikhael Bechelany, Anne Julbe |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Chimie et Physico-Chimie des Matériaux |
Date : | Inscription en doctorat le Soutenance le 18/12/2024 |
Etablissement(s) : | Université de Montpellier (2022-....) |
Ecole(s) doctorale(s) : | Sciences Chimiques |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : IEM - Institut Européen des Membranes |
Equipe de recherche : DM3 - Design des Matériaux Membranaires et systèmes Multifonctionnels | |
Jury : | Président / Présidente : Lionel Santinacci |
Examinateurs / Examinatrices : Mikhael Bechelany, Catherine Marichy, Anne Julbe, Martin Drobek, Romain Coustel | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Marichy, Romain Coustel |
Mots clés
Résumé
Lhydrogène est apparu ces dernières années comme un vecteur énergétique prometteur afin de pallier aux pénuries imminentes des énergies fossiles ainsi quà lintermittence des énergies renouvelables. Le dihydrogène est généralement obtenu à laide de processus engendrant des impuretés gazeuses tels que du méthane, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, ou des composés soufrés. Des méthodes de filtration dhydrogène durables et efficaces sont donc nécessaires pour permettre le transport, le stockage et lutilisation de lhydrogène. Ces travaux de thèse se concentrent sur la préparation de membranes sélectives à lhydrogène synthétisé par dépôt de couche atomiques/moléculaires (ALD/MLD). Toutes les membranes présentées sont portées par des supports tubulaires asymétriques poreux en alumine assurant leur résistance mécanique et leur potentiel application en milieu industriel. Une première membrane à base de palladium déposé par ALD a été synthétisé avec lajout dun dépôt préalable dalumine par ALD. Cela a permis une meilleure nucléation du palladium ainsi quune meilleure séparation de lhydrogène. La composition et la morphologie de la couche ont été étudié par spectroscopie de photoélectrons par rayons-X (XPS), diffraction des rayons-X (DRX) et microscopie à force atomique (AFM). Puis, la stabilité en présence dun contaminant toxique comme le monoxyde de carbone (CO) a été suivie par des mesures de perméation en mélange de gaz. De plus, cette membrane se distingue par sa résistance aux descentes de température, ce qui nest pas le cas de la plupart des membranes denses de palladium. Ici, la membrane mise au point conserve ses performances de séparation après un cycle complet de montée et descente en température, augmentant ses possibilités dapplications. En parallèle, une deuxième membrane à base dune couche hybride organique-inorganique dalucone a été synthétisée par MLD. Après optimisation des conditions de traitement thermique de la couche, un réseau microporeux essentiellement composée dalumine est obtenue dans/sur la couche mésoporeuse du support. Le processus de formation de la couche poreuse a été étudié par analyse thermogravimétrique (ATG), spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FT-IR) et XPS et un pouvoir de séparation prometteur a été observé en perméation de gaz. Enfin, des premiers essais pour protéger la membrane de palladium précédemment développée contre lempoisonnement au CO ont été réalisés. Une couche doxyde de nickel (NiO) a alors été déposé par ALD sur la couche de palladium, et des mesures de perméation en mélange de gaz ont été faits. Enfin, des tests pour utiliser la membrane à base dalumine poreuse comme barrière de protection contre le CO ont été menés. Malgré des performances globalement moindres pour les membranes de palladium protégées, une bonne régénération des membranes après exposition au CO ainsi quun facteur de séparation H2/CO relativement élevé, dans le cas de la protection par alumine poreuse, sont des résultats préliminaires intéressants.