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Définition à l'échelle atomique de la surface externe de la zéolithe ZSM-5 et de son interface avec le liant

Date
mar 22 sep 2020
Horaires

14H00

Lieu(x)
Amphitéâtre IFPEN

Rond-point de l'échangeur de Solaize, 69360 Solaize

Intervenant(s)

Soutenance de Laureline TREPS sous la direction de Mme Céline CHIZALLET.

Langue(s) des interventions

Description générale

La mise en forme des zéolithes dans le domaine industriel est une chimie qui a été mise au point de manière empirique.[1] De récentes études sur l’impact physico-chimique des liants sur les propriétés des zéolithes montrent qu’une étude rigoureuse et détaillée des processus se produisant lors de la mise en forme manque, et permettrait de mieux maîtriser sa mise en œuvre.[2] A ce jour aucune étude ab initio n’a été menée sur ce sujet.

Dans le travail proposé, la ZSM-5 (MFI)[3] et l’effet du liant sur ses propriétés sont étudiés via l’utilisation de modèles quantiques (VASP DFT périodique) et de modèles de champs de force réactifs (ReaxFF). Un ensemble de modèles de la surface externe de la ZSM-5 a été construit, étudié (nature de la surface, hydratation, sites acides, …) et comparé à des données expérimentales (RMN du proton, FT-IR, adsorption de molécules sondes) de manière à pouvoir simuler ensuite mis au contact de liant et/ou composant du liant.

Deux types de sites d’alumination de surface ont été mis en évidence, les hydroxyles pontant Al-OH-Si et de l’eau non dissociée sur la surface Al-(H2O)(OH)n. Grâce à la modélisation de l’adsorption de pyridine ou de diterbutylpyridine, l’acidité du premier type de sites a été montrée comme étant la plus forte et plus particulièrement aux localisations permettant un fort confinement. Le second type de sites a été montré comme étant le plus stable en surface et a fait le sujet d’études d’hydratation et de déshydratation.[4] Les simulations des interactions avec les liants montrent que l’alumine a une forte interaction avec les zone riches en aluminium de la zéolithe et que le sodium issu de la silice empoisonne les sites acides des zéolithes. L’optimisation des paramètres du champ de force réactif et les simulations ont permis la modélisation à l’échelle adaptée de la mise en contact de surface de zéolithes avec des surfaces de liants. Les caractéristiques de la surface et les interactions avec le liant ont été mises en lien avec les expériences conduite à IFPEN, ce qui apporte un éclairage nouveau sur les phénomènes physico-chimiques se produisant lors de la mise en forme.

[1] J. J. Benbow, J. Bridgwater, Chemical Engineering Science 1993, 48, 3088–3091.
[2] N.-L. Michels, S. Mitchell, J. Pérez-Ramírez, ACS Catal. 2014, 4, 2409–2417.
[3] G. T. Kokotailo, S. L. Lawton, D. H. Olson, W. M. Meier, Nature 1978, 272, 437–438.
[4] L. Treps, A. Gomez, T. de Bruin, C. Chizallet, ACS Catal. 2020, 10, 3297-3312.

Gratuit
Mots clés
Disciplines