Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Matériaux poreux – Absorption et adsorption“

Les solides poreux sont connus comme étant une classe de matériaux stratégiques pour leurs potentielles applications dans des domaines tels que la catalyse, l’adsorption et / ou le stockage de gaz, les propriétés optiques. Le but de ce travail était de synthétiser de nouveaux matériaux poreux multifonctionnels. Le chapitre bibliographique retrace l’histoire des solides poreux depuis les zéolithes jusqu’à nos jours. Une description structurale brève de quelques solides hybrides à base de carboxylates est développée. Les chapitres suivants mentionnent deux types de solides illustrant parfaitement le concept de chimie d’échelle et montrent aussi l’apport de la simulation numérique lors de la résolution structurale. Les matériaux de type MIL88 sont des solides flexibles isoréticulaires. Ces matériaux respirent, par adsorption de liquides, avec une amplitude unique en son genre dans le domaine des solides poreux : entre 87% et 230%. Le phénomène est par ailleurs sélectif et réversible. Les solides hybrides à pores géants MIL100 et MIL101, dont les structures ont été déterminées à partir des données de diffractions des rayons X par les poudres combinées à la simulation numérique, ce qui est une première dans l’histoire de la résolution structurale. Ces solides sont uniques avec une hiérarchie de pores: des cages microporeuses et deux cages mésoporeuses parfaitement cristallisées. Leurs volumes de maille sont sans précédant (380000 Å3 et 700000 Å3) et des surfaces spécifiques records sont mesurées: 3100 m2. G-1 et 5900 m2. G-1. Les deux derniers chapitres rapportent d’une part la synthèse de nouveaux carboxylates de terres rares et d’autre part une étude spectroscopique des cations Eu3+ dans le but d’établir une corrélation entre la structure cristalline et les propriétés de luminescence
Synthesis and physico-chem Porous solids are known as being a strategie mate rials class for their potential applications in fields such a~ catalysis, gas separation, storage or optical properties. This work has aimed to synthesize new multifonctionnal porous materials. The first chapter recalls the history of porous solids from zeolithes to today. A short structural description of several hybrid solid with carboxylates has been developed. The following chapters mention two solids, iIIustrating clearly the concept of scale chemistry and they show the contribution of simulation in resolution of structures from X-ray powder data. Porous solids, ca lied MIL88, are flexible and isoreticular. The Amplitude of breathing is unique in the field of porous materials: between 87% and 230%. This amplitude is selective and reversible. Structural determination of hybrid solids with large pores size (MIL 100 and MIL 101) using X-ray powder data is a turning point i our history. These solids are unique with hierarchy of extra-large pore sizes: microporous cage and two mesoporous cages perfectly crystallized. They have a giant cells volumes (380000 A3 et 700000 A3) and a record surface area : 3100 m2. G-1 and 5900 m2. G-1. The two final sections bring up on the one hand, the synthesis of new carboxylate of rare earths and on the other hand a spectroscopie study of the Eu3+ cations in attempt of proposing a correlation between crystalline structure and optical properties. Ical characterization of multifonctionnal porous materials

L’évaluation de l’impact environnemental de coupes pétrolières complexes constitue un enjeu primordial. Pour ce faire, il est en effet nécessaire de disposer d'informations sur les évolutions à la fois cinétiques et compositionnelles de ces coupes hydrocarbonées dans l’environnement. Cette étude a eu pour objet d'étudier l’influence des principaux facteurs limitants "pressentis" sur la vitesse de dégradation d'un produit pétrolier en phase au sein d'un milieu poreux insaturé en eau, par des microflores issues de sols pollués par des hydrocarbures pétroliers. Une procédure expérimentale a été développée en utilisant des membranes céramiques microporeuses, permettant de contrôler la saturation/désaturation respective de l'eau et de l'huile dans le milieu poreux. Dans ces conditions trois phases eau/huile/air occupent le volume poral, avec, pour chacune de ces phases, une répartition homogène sur toute la hauteur de milieu poreux. On peut, dans une certaine limite, régler pour chaque phase, son pourcentage moyen d'occupation du volume poral. Cette procédure a été validée en étudiant la cinétique de dégradation de l'hexadécane apporté en faible quantité dans une phase HMN non biodégradable. La cinétique de dégradation a été suivie en respirométrie, permettant à la fois la mesure et la fourniture d'oxygène. Deux principaux facteurs physico-chimiques limitants "pressentis", c'est-à-dire la granulométrie, et la saturation à l'eau ont été évalués avec une phase hydrocarbure simulée, d'abord par de l'hexadécane en phase pure, puis par deux coupes pétrolières, un gazole et un gazole déaromatisé, également en phase pure. L'azote, introduit par le biais de la phase eau, a été utilisé pour régler la quantité de biomasse dans ce milieu poreux et a permis d'obtenir des informations sur les facteurs physico-chimiques qui étaient limitants et de les hiérarchiser en fonction des conditions de milieux poreux expérimentés. Des données chiffrées sur des potentialités de transferts d'oxygène et d'hydrocarbures, (hexadécane en particulier) dans ces milieux poreux insaturés ont pu être obtenues. Avec des coupes hydrocarbures complexes (gazole et gazole déaromatisé), la dégradation des composés récalcitrants et en particulier des composés saturés peu solubles intervient également comme facteur limitant
Biological processes are expected to play an important role in the degradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils. However, factors influencing the kinetics of biodegradation are still not well known, especially in the unsaturated zone. To address these biodegradation questions in the unsaturated zone an innovative experimental set up based on a physical column model was developed. This experimental set up appeared to be an excellent tool for elaboration of a structured porous medium, with well defined porous network and adjusted water/oil saturations. Homogeneous repartition of both liquid phases (i. E. , aqueous and non aqueous) in the soil pores, which also contain air, was achieved using ceramic membranes placed at the bottom of the soil column. Reproducible interfaces (and connectivity) are developed between gas, and both non mobile water and NAPL phases, depending on the above-defined characteristics of the porous media and on the partial saturations of these three phases (NAPL, water and gas). A respirometric apparatus was coupled to the column. Such experimental set up have been validated with hexadecane in dilution in an HMN phase. This approach allowed detailed information concerning n-hexadecane biodegradation, in aerobic condition, through the profile of the oxygen consumption rate. We have taken benefit of this technique, varying experimental conditions, to determine the main parameters influencing the biodegradation kinetics and compositional evolution of hydrocarbons, under steady state unsaturated conditions and with respect to aerobic metabolism. Impacts of the nitrogen quantity and of three different grain sizes have been examined. Biodegradation of petroleum cut, as diesel cut and middle distillate without aromatic fraction, were also studied

In this work, mesoporous oxides, namely silica, titania and zirconia were synthesised using a triblock copolymer as structure directing agent. Further, the silica and the titania materials were functionalised with different aminosilane molecules. Characterisation of the prepared materials was carried out using various methods including nitrogen sorption, ATR infrared spectroscopy and X-ray diffraction. The materials were tested for their carbon dioxide adsorption properties using mainly microcalorimetry. In-situ infrared measurements and theoretical DFT calculations were carried out to help understand the microcalorimetric adsorption results in certain cases. With respect to the different carbon dioxide adsorption, it was highlighted that the functionalisation of amine sites on silica materials significantly improved the adsorption capacities. A comparison of the different oxides has shown that the adsorption properties mainly depend on the strength of the metal-oxygen bond within the oxides but also on the textural characteristics, such as porosity of the investigated materials
Dans ce travail, des oxydes mesoporeux, tels que silice, oxyde de titane et oxyde de zircone ont été synthétisés en utilisant un copolymère à triblock comme agent structurant. De plus, la silice et l’oxyde de titane ont été fonctionnalisés avec différentes molécules d'aminosilane. La caractérisation des matériaux préparés a été effectuée par diverses méthodes, telles que la sorption d'azote, la spectroscopie infrarouge (ATR) et la diffraction des rayons X. Les matériaux ont été examinés pour leurs propriétés d'adsorption du dioxyde de carbone utilisant principalement la microcalorimétrie. Dans certains cas, des mesures de spectroscopie IR in-situ et des calculs théoriques de DFT ont été effectués pour mieux comprendre les résultats obtenus par microcalorimétrie d’adsorption. En ce qui concerne les différentes propriétés d'adsorption nous avons mis en évidence que la functionalisation des emplacements d'amine sur les matériaux de silice a amélioré de manière significative les capacités d'adsorption. Une comparaison des différents oxydes a confirmé que les propriétés d'adsorption dépendent principalement de la force du lien du métal-oxygène dans les oxydes mais également des caractéristiques de texture, telles que la porosité

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'adsorption et de la désorption de l'eau et de composés organiques volatils (COVs) chlorés en mode statique (isothermes d'adsorption) et en mode dynamique (courbes de percée) sur des charbons actifs (CAs) de diverses natures (CAs granulaires et fibres de carbone activées). Le but visé est la séparation des constituants d'un mélange de COVs chlorés sur lit fixe de CA en présence ou non de vapeur d'eau. Nous avons montré que la texture poreuse et la chimie de surface des matériaux ainsi que les caractéristiques physico-chimique des sondes ont un rôle prépondérant sur leurs mécanismes et leurs cinétiques d'adsorption (ou de désorption). Une attention particulière a été portée sur l'influence de la présence d'humidité : aux forts taux d'humidité relative, les propriétés d'adsorption (capacité et cinétique) des CAs vis à vis des COVs sont considérablement affectées. La séparation du couple dichlorométhane/trichloroéthylène est très satisfaisante quelles soient les conditions expérimentales. Enfin, une étude exploratoire sur les possibilités d'hydrophobisation des CAs par greffage de groupements apolaires en phase liquide a été entreprise pour limiter les effets de la présence d'eau
Adsorption and desorption of water and chlorinated volatile organic compounds (VOCs) in static (adsorption isotherms) and dynamic conditions (breakthrough curves) have been performed on different activated carbons (ACs) (granulated ACs and activated carbons fibers) with different textural characteristics and surface chemistry. The main objective of this study is to separate the different component of a chlorinated VOCs mixture in the presence or not of water vapor. It appears that both porous texture and surface chemistry of ACs as physicochemical characteristics of the probes have a strong influence on their adsorption (or desorption) process (mechanism and kinetics). A special attention has been drawn on the influence of the water presence: at high relative humidity rate, ACs adsorption properties (adsorbed amount and kinetics) for chlorinated VOCs are strongly affected. Separation of the dichloromethane/trichloroethylene mixture has been successfully realized whatever the experimental conditions. Last, an exploratory study on the AC hydrophobisation possibilities by the graphting of non-polar groups in liquid phase has been undertaken in order to limit the water presence effects

Les solides poreux hybrides poreux de type MOFs sont intensivement étudiés, et suscitent un intérêt important, de par leur caractère multifonctionnel, et leurs applications potentielles dans de nombreux domaines, tels que la catalyse, l’adsorption/stockage/séparation de gaz, les propriétés optiques, le transport de médicaments, etc. Le chapitre bibliographique s’intéressera aux principaux concepts relatifs aux solides hybrides de type Metal-Organic Frameworks (MOFs), avec un intérêt particulier pour les solides à base de métaux tétravalents (zirconium, titane), mais aussi les solides à base d’acide polycarboxyliques, leur fonctionnalisation et leurs propriétés d’adsorption en général. La seconde partie exposera les résultats de l’étude menée sur une série de solides dits « flexibles », et fonctionnalisés à l’aide de groupements chimiques de polarités variables, les MIL-53(Cr) modifiés. Cette étude s’étend de la synthèse jusqu’aux propriétés d’adsorption de CO2 et de CH4. Le chapitre suivant s’intéressera à des métaux à ce jour très peu utilisés dans le domaine des MOFs, le zirconium et le titane. Dans la continuité du chapitre précédent, une série de solides de type UiO-66 fonctionnalisés est étudiée, mais également des solides analogues étendus, ainsi qu’une famille de solides isoréticulaires inédits, les MIL-140. Un intérêt particulier est ici porté à la comparaison des stabilités mécaniques et hydrothermales de ces deux séries isoréticulaires, facteur important pour de nombreuses applications industrielles, ainsi qu’à la comparaison des propriétés d’adsorption (N2, CH4, CO2, H2S) du MIL-125(Ti) et de son homologue porteur d'une fonction amine. Enfin, au cours de cette thèse, des MOFs, connus ou nouveaux, ont été préparés à grande échelle pour être ensuite étudiés via des collaborations avec différents partenaires. Ce chapitre rassemblera, sous forme de publications, quelques uns des résultats obtenus par ces collaborateurs
Porous hybrid solids are intensively studied, and are of a growing interest, due to their polyfunctionality, for several field for their potential applications in catalysis, adsorption/storage/separation, optical properties, drug release, etc. The bibliographic part of this thesis summarizes the main concepts related to Metal-Organic Frameworks (MOFs), with a particular interest in tetravalent metal chemistry (zirconium, titanium) and polycarboxylate based MOFs, as well as their functionalization and their sorption properties. The second part deals with the study of a series of functionalized « flexible » MOFs (belonging to the MIL-53(Cr) structure type), using organic groups exhibiting different polarities. This study goes from the synthesis to the gas sorption properties (CO2, CH4). The next chapter is looking toward MOFs synthesis using zirconium and titanium, which were up to now scarcely used in the field of MOFs. In the same way than previously, a large series of functionalized UiO-66 solids were studied, as well as few extended analogues, as well as an unprecedented isoreticular series of zirconium carboxylates, labeled MIL-140. A particular interest is here given to the comparison of these two series, both in term of hydrothermal and mechanical stabilities, which are of outmost importance for most of the industrial applications, but also in term of gas sorption properties (N2, CO2, CH4, H2S). Finally, several large scale syntheses of known or new MOFs have been performed, so that these compounds could be provided to few collaborators. Their published results have been inserted in this chapter

Les aluminosilicates fonctionnalisés par insertion d'ions Ag(I), Cu(I) et Cu(II) présentent des propriétés superficielles, qui permettent d'envisager leur utilisation comme absorbants sélectifs dans la séparation des mélanges d'hydrocarbures. L'objectif principal de cette thèse a été la mise en place de protocoles aboutissant à des objets monolithiques de tailles et de formes variées, ainsi que de films de matériaux mésoporeux. L'insertion d'ions métalliques a été accomplie par échange ionique, imprégnation, ou par une incorporation directe en cours de synthèse. Six séries de matériaux (Si : A1=20, 2