UPThèses

Le réchauffement de la planète, en partie dû à l'augmentation des teneurs du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, pousse les scientifiques à trouver des méthodes et des techniques performantes pour limiter les émissions de ce gaz. L'objectif de ce travail est d'améliorer le piégeage du CO2 sur des adsorbants à base de zéolithe et d'optimiser la désorption dans une gamme de température peu élevée (35 – 350°C). Afin d'apprécier l'influence de la méthode de synthèse, des échanges cationiques (K+, Li+, Mg2+, Ca2+ et Ba2+), des mélanges mécaniques (MgO), et des imprégnations (Mg et Ca) ont été réalisés sur la faujasite NaX. L'étude de la désorption en température (-60 à 200°C) du CO2 indique une augmentation des quantités physisorbées entre 35 – 60°C sur les adsorbants préparés. Les proportions sont de l'ordre de 5 à 20% supérieures à celles de la zéolithe de référence NaX. Quelques échantillons à faible teneur en oxyde montrent aussi une augmentation des quantités entre 60 – 120°C, en particulier la zéolithe imprégnée à 5% en acétate de magnésium avec une amélioration de 15%. Ainsi, une augmentation des interactions CO2 / structure zéolithique sur les échantillons est confirmée. En adsorption dynamique à lit fixe, le mélange mécanique à 2% d’oxyde apparaît piéger plus de CO2 que la zéolithe NaX. Des études du piégeage du CO2 ont aussi été menées en absence et en présence d'humidité puis avec des mélanges gazeux (CH4 ou C3H8). En présence d'humidité, les capacités d'adsorption du CO2 sont fortement affectées. En présence de méthane ou de propane, aucune modification des capacités d'adsorption n'est visible sur la zéolithe échangée à 100% au baryum.

Les charbons actifs et les zéolithes microporeuses hydrophobes sont généralement utilisés pour l'élimination par adsorption des polluants organiques des effluents industriels. Grâce à leur très grande surface spécifique et à un volume poreux élevé, les silices mésoporeuses organisées ont des capacités de stockage plus importantes que leurs analogues microporeux. De plus, ces solides présentent une faible interaction eau-adsorbant aux faibles valeurs de P/P0 vis-à-vis de l'eau ce qui leur confère un caractère hydrophobe. Cependant, la présence de groupements silanols dans les canaux limite fortement l'adsorption des molécules organiques en présence d'eau. Afin d'accroître fortement l'hydrophobicité des silices mésoporeuses, différentes modifications au cours de la synthèse (incorporation de groupements phényles) ou post-synthèse (greffage de groupements triméthylsilyles, aminopropyles et propyle sulfoniques) ont été envisagées. Le greffage de groupements triméthylsilyles et l'incorporation de groupements phényles permettent donc d'augmenter considérablement l'hydrophobicité des solides en réduisant le nombre de groupements silanols. Dans le cas de l'adsorption en phase gaz, l'hydrophobicité s'est révélée être un facteur clef positif. L'adsorption de polluants organiques apolaire en phase aqueuse nécessite également une silice hydrophobe. Pour des molécules polaires, le greffage de groupements polaires adaptés (amino ou sulfonique) à la forme chimique du polluant a un rôle déterminant sur son adsorption.