Simulation des courbes de percée de CH3I : application aux charbons actifs commerciaux et à de nouveaux adsorbants carbonés nanostructurés

CH3I breakthrough curves prediction on commercial activated carbons and novel nanostructured materials

• Auteur / Autrice : Felipe Cabral borges martins
• Direction : Bruno Azambre, Chebbi Mouheb
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie et Physique - Approche Multi-Echelle des Milieux Complexes

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation des phénomènes de transfert

Isothermes d'adsorption

Carbones nanostructurés

Modelling of transfer phenomena

Adsorption isotherms

Nanostructured carbons

Résumé

Dans la continuité des travaux de thèse de H. LIN (2018-2022) et de K. ABBAS (en cours depuis 2022), l'objectif principal du présent travail est d'élaborer des méthodologies fines pour la prédiction des profils dynamiques de sorption de CH3I par les charbons actifs utilisés dans le contexte nucléaire. Ceci permettra in fine de prendre en compte l'ensemble des réactions impliquées dans le piégeage. L'implémentation en particulier de la contribution due à l'échange isotopique à travers un module spécifique dans un modèle global de simulation permettra à terme une transposition entre les contrôles radioactifs et non-radioactifs des pièges à iode (PAI). Ce travail de simulation sera appliqué dans un second temps sur de nouveaux matériaux carbonés. Il s'agit plus particulièrement d'adsorbants carbonés nanostructurés et fonctionnalisés à porosité modulable. Cette famille de matériaux se distingue par une porosité organisée et uniforme ainsi que par une chimie de surface maîtrisée en comparaison avec les charbons actifs. Cette caractéristique permettra une modélisation plus aisée du comportement d'adsorption de CH3I. De plus, ces adsorbants devraient avoir des propriétés d'adsorption des iodes volatils supérieures aux charbons actifs traditionnellement utilisés dans le nucléaire, grâce à l'incorporation d'hétéroatomes (N, S…) directement dans leur charpente. Cette extension du travail de simulation sur des matériaux modèles est une démarche particulièrement importante pour l'application des travaux jusqu'alors entrepris sur les charbons actifs, à d'autres matériaux, en anticipation aux efforts de recherche actuellement menés dans la communauté scientifique pour développer des matériaux innovants peu onéreux de piégeage des iodes volatils, matériaux qui pourraient être mis en œuvre dans les futurs réacteurs innovants en cours de développement.

In the continuity of the thesis work of H. LIN (2018-2022) and K. ABBAS (ongoing since 2022), the main objective of this work is to develop fine methodologies for prediction of CH3I sorption dynamic profiles by active coals used in the nuclear context. This will allow to take into account all the reactions involved in trapping. The implementation of the contribution due to isotopic exchange through a specific module in a global simulation model will eventually allow a transposition between radioactive and non-radioactive controls of iodine traps (IAP). This simulation work will be applied in a second time on new carbon materials. These are nanostructured and functionalized carbon adsorbents with modulable porosity. This material family is distinguished by an organized and uniform porosity as well as a controlled surface chemistry compared to active coals. This feature will allow a more easy modeling of the adsorption behavior of CH3I. In addition, these adsorbents should have properties of adsorption of volatile iodides superior to the active charcoals traditionally used in nuclear, thanks to the incorporation of heteroatoms (N, S...) directly in their structure. This extension of the simulation work on model materials is a particularly important step for the application of the work undertaken so far on active carbons, to other materials, In anticipation of the research efforts currently being carried out in the scientific community to develop innovative low-cost volatile iodine trapping materials, which could be implemented in future innovative reactors under development.