Thèse en cours

Développement de membranes microporeuses pour la séparation de gaz et la purification de l'hydrogène

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Auteur / Autrice : Pierre Plaza-joly
Direction : Martin DrobekUmit B. Demirci
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
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

Résumé

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L'objectif de la thèse s'inscrit dans cette thématique de recherche autour de la séparation de gaz et de la purification de l'hydrogène qui constituent une étape clé de la chaine de sa production. Afin d'obtenir de l'hydrogène exempt d'impuretés, le développement des membranes microporeuses inorganiques ou hybrides s'avère une option particulièrement pertinente offrant de grandes opportunités pour son traitement. En effet, ces membranes permettent d'envisager la séparation d'espèces sur la base de différences de vitesses de diffusion, de compétition d'adsorption et/ou de tamisage moléculaire. Le développement des tels systèmes du traitement de H2 avec une bonne efficacité nécessitera une sélection/étude des matériaux les plus pertinents. Dans cette optique, nous viserons une sélection et la mise en forme de matériaux membranaires microporeux céramiques, composites et hybrides, capables d'éliminer de façon sélective les contaminants tels que les COVs, NH3, CO, CO2 pour ne citer que les principaux. Une attention particulière sera accordée aux zéolithes, MOFs ou aux matériaux à base de bore permettant de moduler la séparation/purification en fonction du diamètre cinétique et/ou de l'affinité des espèces à séparer/traiter avec la couche membranaire. La maîtrise des mécanismes de transport de gaz dans le réseau de ces matériaux sera ainsi un prérequis pour une optimisation de leur design et de leurs performances. La synthèse et la caractérisation structurale et microstructurale de ces matériaux seront effectuées en amont, avant de tester leurs performances sur un pilote de séparation de gaz à l'échelle laboratoire. Il sera spécifiquement adapté et sécurisé pour les tests avec H2 et permettra notamment d'étudier la séparation de mélanges de gaz modèles contenant les impuretés définies. L'architecture et les modalités de synthèse de membranes seront in fine optimisées pour répondre au cahier des charges de l'application, afin de maximiser leur stabilité thermochimique ainsi que leurs performances pour obtenir des sélectivités et perméabilités compétitives.