Zéolithisation de supports en alluminium pour la décontamination moléculaire en orbite

Dans le domaine spatial, la contamination moléculaire est un problème important pouvant affecter considérablement la performance des instruments embarqués. Selon l environnement thermique, certaines molécules polluantes provenant du dégazage sous vide des matériaux constitutifs des satellites viennent en effet se déposer sur les surfaces sensibles tels que les optiques et les différents détecteurs. Grâce à leur structure microporeuse organisée qui leurs confèrent de remarquables capacités d adsorption, les zéolithes sont des solides de choix pour minimiser les risques de pollution. Les films zéolithiques offrent plus précisément l avantage d être directement intégrés dans la structure interne des satellites, sont légers et non pulvérulents. C est pourquoi l objectif de cette thèse est d étudier la synthèse de films zéolithiques sur deux types d alliages d aluminium, matériaux largement utilisés dans l industrie spatiale pour leur résistance mécanique élevée. Face aux milieux de synthèse corrosifs de certaines zéolithes, la sensibilité des substrats en aluminium a été minimisée grâce à la formation d un film microporeux de type MFI, tandis que la couche zéolithique aux propriétés d adsorption recherchées de type FAU, EMT ou *BEA a été synthétisée à sa surface. Cette étude propose donc l élaboration de films hybrides contenant deux couches de zéolithes de type structural différent. Divers caractéristiques telles que la cristallinité, l homogénéité, l épaisseur des films et l adhésion des différentes couches entre elles et au support ont été particulièrement étudiés. Après calcination, les films zéolithiques hybrides présentent une porosité disponible et des capacités d adsorption de molécules organiques équivalentes à celles d une poudre. De plus, en optimisant le traitement thermique final, les propriétés mécaniques des alliages d aluminium de départ ont pu être conservées.In low earth orbit, global performances of satellites can be affected by contamination of critical surfaces as optical devices and detectors. On-orbit molecular contamination is due to outgassed organic pollutants emanating from spacecraft materials. One way to reduce and eliminate this phenomenon is the use of molecular adsorbents. Among them, zeolites appear to be relevant materials for contaminants retaining. Unlike common powder materials, zeolites films can also avoid the secondary dust contamination due to particles breeding and can be easily inserted in the satellite structure. As a consequence, this work deals with the synthesis of zeolite films on aluminium alloys widely used in aerospace industry for their attractive mechanical properties. When attempting to elaborate microporous films of FAU, EMT or *BEA-type zeolites selected for their relevant sorption capacities, their corrosive synthesis media dissolves the aluminium substrate. To solve this problem, a bottom layer composed of MFI-type zeolite is synthesized and acts as a protective barrier for aluminium alloys. This study is thus dedicated to the development of zeolite hybrid films composed by two different structure-type layers. Various parameters such as crystallinity, homogeneity, film thickness and adhesion between both zeolite layers and the substrates were particularly studied in order to elaborate space-qualified materials. Once calcined, the sorption capacities of these hybrid films were identical to corresponding powders. Moreover, by optimizing the calcination step, the mechanical properties of the starting aluminium alloys are kept.MULHOUSE-SCD Sciences (682242102) / SudocSudocFranceF

Synthèse de métallophosphates microstructurés obtenus par génération in situ de l'agent structurant

Une nouvelle voie de synthèse de matériaux microstructurés à base de phosphore est présentée. Elle permet de réduire le nombre de réactifs et consiste à utiliser un composé phosphoré servant à la fois de source de phosphore et de précurseur d agent structurant. Ce dernier est généré in situ dans le milieu de synthèse. Nous présentons le cas de l utilisation de l hexaméthylphosphoramide, l oxyde de tripyrrolidinophosphine, l hexaéthyltriaminophosphine et la trimorpholinophosphine dont la décomposition a fait l objet d une étude par RMN liquide 1H et 31P. Suite aux analyses effectuées à partir de mélanges de composition molaire différente, il apparait qu une élévation de température, la présence d ions H3O+ et de l éthylène glycol soient des critères qui favorisent la décomposition des molécules d alkylphosphoramides. Les synthèses réalisées en présence d une source de gallium ont conduit à la cristallisation de gallophosphates de structure connue. De façon inattendue, deux agents structurants sont identifiés dans le fluorogallophosphate ULM-3 : la diméthylamine et NH4+. Les synthèses réalisées en présence d une source d aluminium ont conduit à la cristallisation d une nouvelle phase dont la structure est en cours de résolution et à la cristallisation d aluminophosphates de structure connue. Les analyses par RMN liquide 1H et 31P nous ont permis de proposer des mécanismes de décomposition d alkylphosphoramides dans les différents milieux de synthèse.This work focuses on the development of a new synthesis route by reducing the number of reactants for the synthesis of phosphate-based materials. This synthesis strategy was developed by using alkylphosphoramide which can play both the role of precursor of the structure-directing agent (SDA) and the phosphorus source. In this work we present the case of hexamethylphosphoramide, tris(N,N-tetramethylene)phosphoric acid triamide, tris(diethylamino)phosphine and trimorpholinophosphine oxide. 1H and 31P liquid NMR spectroscopy was used to fully characterize the decomposition of the alkylphosphoramide. It has been found that the heating temperature, the presence of an acid and ethylene glycol play a crucial role on the alkylphosphoramide decomposition. The synthesis results obtained for the gallophosphate and aluminophosphate systems are reported. The in situ generation of the SDA and the phosphorus source allowed preparing known crystallized gallophosphates and aluminophosphates. For the fluorogallophosphate ULM-3, the 1H liquid NMR spectrum shows clearly the presence of dimethylamine and ammonium cations as structure-directing agents. A new aluminophosphate has been obtained. Finally, a decomposition mechanism of the alkylphosphoramides was proposed for the different reaction media under study.MULHOUSE-SCD Sciences (682242102) / SudocSudocFranceF

Synthesis of EMT/FAU-type zeolite nanocrystal aggregates in high yield and crystalline form

AbstractThis work focuses on different ways to improve the yield and/or the crystalline quality of EMT/FAU-type zeolite nanocrystal aggregates obtained in the presence of organic additive triethanolamine (TEA). The increase of the amount of aluminum reagent enhances the synthesis yield by a factor of 2.5 without affecting the crystallization rate and the microporous volume. On the other hand, the increase of the thermal treatment time allows to increase the synthesis yield, the crystallization rate and the microporous volume. Furthermore, addition of EMT zeolite seeds into the starting reaction medium improves the crystallization rate and the microporous volume

SOx trapping performances of cuo based silica mesoporous adsorbents for desulfurization of industrial flue gas stream

In the present work, CuO/SBA-15 SOx regenerable adsorbents were elaborated. Synthesis conditions were controlled in order to obtain highly dispersed Cu2+ species assumed to be Cu-O-Si species. Materials were evaluated as SOx adsorbents through multicycle adsorption/regeneration experiments. Their performances decrease along cycles due to copper species sintering and there is an optimal copper loading for a maximal SOx adsorption efficiency. Please click Additional Files below to see the full abstract

SOx trapping performances of cuo based silica mesoporous adsorbents for desulfurization of industrial flue gas stream

In the present work, CuO/SBA-15 SOx regenerable adsorbents were elaborated. Synthesis conditions were controlled in order to obtain highly dispersed Cu2+ species assumed to be Cu-O-Si species. Materials were evaluated as SOx adsorbents through multicycle adsorption/regeneration experiments. Their performances decrease along cycles due to copper species sintering and there is an optimal copper loading for a maximal SOx adsorption efficiency. Please click Additional Files below to see the full abstract