SAAFA-76-MRRRCH
Les différentes familles de zéolithes
Les zéolithes
Les zéolithes sont des matériaux microporeux cristallisés appartenant au groupe des tectosilicates. La présence de systèmes de canaux et de cavités de dimensions moléculaires, et de cations de compensation des charges négatives induites par l’aluminium de la charpente, confère aux zéolithes des propriétés remarquables conduisant à de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la catalyse, de l’adsorption et de l’échange cationique. En 1756, le minéralogiste suédois A.F .Cronstedt [1] observa que certains minéraux perdaient de l’eau lorsqu’ils étaient chauffés; il les appela «pierres qui bouillent» (du grec : Zéo-lithos). Les zéolithes ressemblent au sable, au quartz et à l’argile car elles se composent des mêmes éléments chimiques: silicium, oxygène et, dans certains cas, aluminium. Leur structure microporeuse leur confère, cependant, des propriétés adsorbants uniques. Dans la nature, il existe 50 types de zéolithes, dont les plus connues s’appellent faujasite, clinoptilolite et chabasie. On connaît actuellement 200 structures de zéolithe, dont 62 ont été observées dans des matériaux naturels. Les pores peuvent être cylindriques ou sphériques, connectés ou non. L’International Zeolite Association attribue à chaque structure cristalline un code à trois lettres : LTA, FAU, MFI [2] , [3] Les zéolithes naturelles, minéraux abondants, sont d’origine volcanique (hautes températures et fortes pressions). Depuis les années 40, des analogues synthétiques dans zéolithes naturelles apparaissent en laboratoire Les matériaux poreux à base de silice sont, depuis la découverte des zéolithes, fortement utilisés dans la catalyse, que ce soit pour des réactions de craquage ou pour la synthèse de produits fins. Un inconvénient majeur des zéolithes est que la taille de leur porosité est faible (micropores, < 2 nm), limitant leurs applications à des substrats peu volumineux. Chapitre I [Etude Bibliographique] 14 Les matériaux poreux peuvent être de différentes natures ; ceux d’origine minérale sont d’un grand intérêt dans l’industrie. Selon la taille de leurs pores et d’après la nomenclature IUPAC1 (International Union of Pure and Applied Chemistry), on distingue : Les solides microporeux dont le diamètre des pores est inférieur à 2 nm ;· Les solides mésoporeux dont le diamètre des pores sont compris entre 2 et 50· nm ; Les solides macroporeux dont le diamètre des pores est supérieur à 50 nm.· Les différentes familles de matériaux poreux ainsi que des exemples de chacune de ces familles, en fonction de leur distribution en taille de pores,
. Les différentes familles de zéolithes
Des essais de synthèse de zéolithes en milieu non aqueux ont été effectués. Ainsi, en utilisant l’éthylène glycol comme solvant, Bibby et Dale ont obtenu en 1985 une sodalite purement silicique[7] .Flanigen et col ont utilisé pour la première fois l’anion fluorure comme agent mobilisateur à la place des ions OH- pour produire la silicalite-1 [8].Cette voie de synthèse a été ensuite développée par Guth et col au Laboratoire de Matériaux Minéraux de Mulhouse [9]. Cette méthode permet de travailler dans des Chapitre I [Etude Bibliographique] 18 solutions moins sursaturées en espèces siliciques et de pH est compris entre 5 et 9. La synthèse de nouvelles structures est fortement influencée par les paramètres de synthèse tels que : les sources de réactifs, la nature du structurant utilisé, la composition du gel précurseur, le pH, le mûrissement, la température de cristallisation et l’agitation ou non de l’autoclave durant la synthèse hydrothermale. A chaque topologie de charpente est attribué un code composé de trois lettres proposé par la Commission Structure de l’IZA (International Zeolite Association). Ces codes sont mnémoniques et font référence à une zéolithe existante, naturelle ou synthétique. Par exemple, les équivalents synthétiques de la faujasite sont les zéolithes X et Y et appartiennent au type structural FAU. Parmis les 220 types structuraux différents recensés dans la base de données de l’IZA [10] seules quelques unes trouvent une application dans l’industrie Les zéolithes : Beta (BEA), la ZSM-5 (MFI) la mordenite (MOR) forment la famille des « big five ». [11],[12],[13],
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Table des matières
Introduction générale
Référence
Chapitre I Etude Bibliographique
I .Les zéolithes
I. 1.Les différentes familles de zéolithes
I.1.1.Les zéolithes ZSM-5
I.1.1.1Synthèse des nanoparticules
I.1.1.1. Synthèse d’après Verduijn
I.1.1.1.2. Synthèse d’après Van Grieken
I.1.1.1.3. Synthèse d’après Jacobsen
I.1.2.La zéolithe (FAU
I.1.3.Les Mordenites
I.1.4.Les zéolithes LTA
I.1.5.les silicalites-1
I.2.La Synthèses des Zéolithes de type ZSM-5
I.3. Propriétés et applications des zéolithes
I.3.1.l’échange ionique
I.3.2.La séparation et l’adsorption
I.3.3. La catalyse hétérogène
I.4. Facteurs influents sur la synthèse des zéolithes
I.4.1 La nature des réactifs et la composition du mélange
I.4.2 L’influence du pH (le rôle du minéralisateur)
I.4.3Le rôle d’agent structurant et minéralisant
I.4.4.Rôle de l’agent minéralisant
I.4.5 .Rôle de l’agent structurant
I.4.6 Le mûrissement
I.4.7 .Effet de l’ajout de germes sur la cristallisation des zéolithes
I.4.8.Effet de la température sur la cristallisation des zéolithes
I.4.9.Effet de l’agitation sur la cristallisation des zéolithe
I.4.10.La durée de synthèse
I.5.Redox catalyse
Références chapitres
Chapitre II Techniques expérimentales de Caractérisation des matériaux
II.1. Diffraction de rayons X
II.2. Spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier
II .3. Microscopie électronique à balayage (MEB)
II.4.Spectroscopie UV-visible à réflexion diffuse (DRUV)
II.5. Analyses thermiques (Analyse thermogravimétrique (ATG
II.6. Adsorption d’azote
II.7. Analyses élémentaires ( Analyses par fluorescence X des solides)
II.8. Analyse par Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC)
II.9. Analyse du carbone organique total(COT)
Références chapitre II
Chapitre III : Protocoles de synthèse et caractérisation
III.1. Sources de produits chimiques utilisées
III.1.1.Sources de silicium
III.1.2.Sources d’aluminium
III.1.3.Autres sources d’éléments menant à la synthèse de zéolithes
III.1.4.Agents structurants
III.2.Protocoles de Synthèses hydrothermales de zéolithes
III.2.1.Synthèses classiques
III.2.2.Synthèses en milieu basique
III.2.3.Synthèses en milieu fluorure
III.2.4.Calcination des échantillons
III.3.Synthèse des zéolithes
III..3.1 .Synthèse de la zéolithe ZSM-5 (MFI) et caractérisations
III.3.1.1. Synthèses en milieu fluorure
III.3.1.1 .1. diffraction des rayon X
III.3.1.1 .2. Spectroscopie IR (FT-IR)
III.3.1.1 .3.Fluorescence X
III.3.1.2. Synthèses en milieu alcalin
III.3.1.2 .1. diffraction des rayons X
III.3.2. La synthèse hydrothermique de zéolithe ZSM-5 à partir de TPABr et CH3NH2
III.3.2.1 . Diffraction des rayons
III.3.2 .2. Spectroscopie IR (FT-IR)
III .3.3.La synthèse hydrothermique de zéolithe ZSM-5 utilisant TPABr et NH3 en tant que
modèle
III.3 .3.1 . diffraction des rayons X
III.3.3 .2. Spectroscopie IR (FT-IR)
III .3 4. Zéolites du type borosilicate contenant du fluor( borozéosilicates) et caractérisatio
III.3.4.1.Mode opératoire 1 pour la synthèse : En présence de NH4F
III.3.4.2. Mode opératoire 2 pour la synthèse : sans ajout NH4F
III.3.4.3. Analyse thermogravimétrique (ATG
III.3.4.4.diffraction des rayons X
III.3.4.5.Microscopie électronique à balayage (MEB
III.3.4.6. Spectroscopie IR (FT-IR)
III3.5.Synthèse de la magadiite et caractérisations
III.3.5.1.diffraction des rayons X
III.3.5.2.Microscopie électronique à balayage (MEB
III.3.5.3. Spectroscopie IR (FT-IR)
III.3.6.Synthèse de la mordénite et caractérisations
III.3.5.1.diffraction des rayons X
III.3.7 .Synthèse de la faujasite et caractérisations
III.3.7.1.Diffraction des rayons X
III.3.8. Synthèse et caractérisations des zéolithes (silicalites-1 et LTA
III.3.8.1.Synthèse de silicalite-1 (MFI) et caractérisations
III.3.8.2.Synthèse de zéolithe A (LTA) et caractérisations
III.3.8 .1.diffraction des rayons X (silicalites-1 et LTA)
III.3.5.3. Spectroscopie IR (FT-IR) (LTA
III.4.Conclusion
Références chapitre III
Chapitre IV : Synthèse de métalloaluminosilicates de type MFI cristallisés par
synthèse directe
IV. 1Méthode de synthèse de métalloaluminosilicate cristallisé par synthèse directe
IV.2. Synthèse des métallo aluminosilicate et caractérisations
IV.2.1. Synthèse de [Zr] ZSM-5 et caractérisations
IV.2.1.1. Analyse chimique par XRF
IV.2.1.2. Diffraction de rayons X
III.2.1.3.Microscopie électronique à balayage (MEB
IV.2.1.4. Spectroscopie FTIR
IV.2.1.5. Spectroscopie UV-Vis
IV.2.2. Synthèse de [Cr] ZSM-5 et caractérisations
IV.2.2. Analyse chimique par XRF
IV.2.4.2. Diffraction de rayons X
IV.2.4.3. Microscopie électronique à balayage (MEB
IV.2.4.3.Spectroscopie FTIR
IV.2.4.4. Spectroscopie UV-Vis
IV.2.4.5. Mesures BET
IV.2.5. Synthèse de [V] ZSM-5 et caractérisation
IV.2.6.1. Analyse chimique par XRF [V] ZSM-5
IV.2.6.2. Diffraction de rayons X [V] ZSM-5
IV.2.6.3.Spectroscopie FTIR [V] ZSM-5
IV.2.7. Spectroscopie UV-Vis
IV.2.8. Synthèse de [Zn] ZSM-5
IV.2.8.1. Analyse chimique par XRF
IV.2.8.2. Diffraction de rayons X
IV.2.8.3.Spectroscopie FTIR
IV.2.8.4. Spectroscopie UV-Vis
IV.2.9. Synthèses des Matériaux [Co] ZSM-5, [Fe]ZSM-5 ,[Cu]ZSM-5
IV.2.10.1. Analyse Chimique par XRF [Co] ZSM-5, [Fe]ZSM-5 ,[Cu]ZSM-5
IV.2.10.2. Diffraction de rayons X [Co] ZSM-5, [Fe] ZSM-5 ,[Cu]ZSM-5
IV.2.10.3.Spectroscopie FTIR [Co] ZSM-5, [Fe] ZSM-5 ,[Cu]ZSM-5
IV.2.10.4. Spectroscopie UV-Vis [Co] ZSM-5, [Fe]ZSM-5 ,[Cu]ZSM-5
IV.2.11 Synthèses de [Co] S-1, [Fe] S-1,[Cu]S-1
IV.2.12.1 Analyse Chimique par XRF [Co] S-1, [Fe] S-1,[Cu] S-1
IV.2.12.2. Diffraction de rayons X en poudre [Co] S-1, [Fe] S-1, [Cu] S-1
IV.2.12.3 Spectroscopie FTIR [Co] S-1, [Fe] S-1, [Cu] S-1
IV.2.12.4. Spectroscopie UV-Vis [Co] S-1, [Fe] S-1,[Cu] S-1
IV.3 .L’identification des sites isolés de M dans M-Silicalite-1 (M=Cobalt,Cuivre,Fer)
IV.4.Conclusion
Références chapitre IV
Chapitre V oxydation du Mercapto
V. 1. Structure chimique de 2-mercaptobenzimidazole et ses proriétés
V.2.Oxydation du 2-mercaptobenzimidazole
V.3. Chromatographie liquide haute performance (HPLC)
V.3.1Méthode d’analyse
V.4. Structure chimique 2-mercaptobenzothiazole (MBT) et principales utilisations
V.4.1 Méthodes expérimentales
V.5.Oxydation du 2-Mercaptobenzothiazole (MBT)
V.6. Méthodes d’analyse
V.7.Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC Haute)
V.9. Conclusion
Références chapitre V
Chapitre VI Oxydation du colorant azoitique Rouge Congo
VI. 1. Classification selon la contitution chimique
VI.2. Les colorants et leurs impacts environnementaux
VI. 3. Les colorantsazoïques
VI. 4. Propriétés physico-chimiques du colorants étudie
VI. 5. Dégradation des colorants azoïques
VI .6. Procédés d’oxydation
VI.6.1 Protocol de réaction d’oxydation du rouge congo
VI.6 .2. Préparation de la solution Rouge Congo
VI.7 .Etude de l’effet des différents paramètres sur l’oxydation du rouge Congo
VI.7 .1 Effet de la concentration de peroxyde
VI.7 .2. Effet du volume O2 dégagé l´élimination du colorant au cours de l´oxydation
VI.7 .3. Influence de la masse des catalyseurs
VI.7 4. Effet de la vitesse d’agitation sur l’oxydation du colorant Rouge Congo
VI.7 .5. Etude de la cinétique de mineralisation
VI.7 .6. La réutilisation de catalyseur
VI.8. Conclusion
Réference chapitreVI
Conclusion générale
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