A new apparatus for the determination of adsorption isotherms and adsorption enthalpies on microporous and mesoporous media

MISE AU POINT D'UN DISPOSITIF COUPLE MANOMETRIQUE CALORIMETRIQUE POUR L'ETUDE DE L'ADSORPTION DE FLUIDES SUPERCRITIQUES DANS DES MILIEUX MICROPOREUX ET MESOPOREUX

Adil Mouahid (1, 2)

1 LFCR - Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs
2 M2P2 - Modélisation et Simulation Numérique (en mécanique des fluides)

A specific thermostated experimental device comprising a differential heat flow calorimeter coupled with a home built manometric system has been built for the simultaneous determination of adsorption isotherms and adsorption enthalpies. The differential heat flow calorimeter is a Tian Calvet Setaram C80 model which measures the heat flux of a gas and can be operated isothermally, the manometric system is a stainless steel homemade apparatus. This coupled apparatus allows measurements for pressure up to 2.5MPa and temperature up to 423.15K. On the one hand, the apparatus and the experimental procedures are described. On the second hand the reliability and reproducibility were established by measuring adsorption isotherms on a benchmark (Filtrasorb F400) at 318.15K. The gravimetric method has been used at higher pressure at various temperatures. These devices allowed us to study the adsorption of supercritical fluid (nitrogen N2, methane CH4, carbon dioxide CO2) in activated carbons and microporous or mesoporous silica. The adsorption of methane on a rock of type (TGR) was also studied. These experimental results are used for the study of the interactions fluid / solid that must be taken into account in molecular simulations or DFT theory.

Au cours de ce travail, un dispositif de mesure couplé manométrique-calorimétrique a été développé pour déterminer simultanément les isothermes et les enthalpies d'adsorption dans des intervalles élevés de pression et température. Ce dispositif couplé comprend un calorimètre Calvet C80 (de setaram) associé à un dispositif manométrique développé in-situ. Il permet d'étudier les phénomènes d'adsorption de gaz sur des solides poreux pour des températures comprises entre 303.15K à 423.15K et des pressions comprises entre 0 et 2.5MPa. Dans un premier temps, une description complète de l'appareillage et des protocoles expérimentaux sont exposés. Dans un second temps, la fiabilité et la reproductibilité de ce dispositif a été testée en réalisant des mesures sur un échantillon poreux benchmark (Filtrasorb F400) à 318.15K. Les mesures ont été complétées, à différentes températures, avec celles obtenues par méthode gravimétrique afin d'établir des informations à haute température et haute pression. Ces dispositifs ont permis d'étudier l'adsorption de fluide supercritique (azote N2, méthane CH4, dioxyde de carbone CO2) dans des charbons actifs et des silices microporeuse ou mésoporeuse. L'adsorption du méthane dans une roche de type (TGR) a été également étudiée. Ces résultats expérimentaux sont utilisés pour l'étude des interactions fluide/substrat à prendre en compte dans la simulation moléculaire ou la théorie DFT.

Mots clés: Porous Media; Adsorption enthalpies; Manometric apparatus; Gravimetric Apparatus; Supercritical Fluids; Calorimetry

Mots clés: Adsorption; Mileux poreux; Enthalpie différentielle d'adsorption; Manométrie d'adsorption; Fluides supercritiques; Calorimétrie; Gravimétrie d'adsorption

Domaines: Physique [physics]; Sciences de l'ingénieur [physics]

Adil Mouahid. MISE AU POINT D'UN DISPOSITIF COUPLE MANOMETRIQUE CALORIMETRIQUE POUR L'ETUDE DE L'ADSORPTION DE FLUIDES SUPERCRITIQUES DANS DES MILIEUX MICROPOREUX ET MESOPOREUX. Physique [physics]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2010. Français. ⟨NNT : 10PAUU3020⟩. ⟨tel-00573997⟩