In situ monitoring materials synthesis by relaxometry NMR

Suivi in situ de la genèse des matériaux par relaxométrie RMN : application aux catalyseurs

Vincent Gex (1)

1 IFPEN - IFP Energies nouvelles

Catalysts are materials widely used in chemistry and particularly in the field of refining to convert heavy oil products in light products present in gasoline pool. The improvement of new supports can be driven by the synthesis of controlled morphology materials, the increase of the exchange surface between the catalyst and the reagent or the increase of the contact area of the metallic particles with the reagent. The improvement and the development of new materials require the implementation of successful analytical tools which can follow their genesis. In this work, we developed a new NMR methodology based on the measurement of the transverse relaxation time (lasted the disappearance of the transverse magnetization) and the longitudinal relaxation time (lasted the return of the longitudinal magnetization). We were able to show that this technique allows to finely describe, during the synthesis, the characteristic parameters of formed particles. It is applicable to amorphous inorganic supports, hierarchically organized materials or crystallized materials, on a wide range of porosity from 4,5 Å to 240nm. It allows to reach in: The texture of particle: roughness (outer surface) and developed internal surface (micro, meso and macroporosity) the size and proportion of formed particles. For a given family of materials, this technique is particularly sensitive to surface composition: aluminum and hydroxyl proportion

Les catalyseurs sont des matériaux largement utilisés en chimie et particulièrement dans le domaine du raffinage pour convertir les produits lourds du pétrole peu valorisables en produits légers entrant dans le pool carburant (essence, kérosène ou gazole). L'amélioration de nouveaux supports peut être conduite par la synthèse de matériaux à morphologie contrôlée, par l'augmentation de la surface d'échange entre le catalyseur et le réactif ou encore par l'augmentation de la surface de contact des particules métalliques avec le réactif. L'amélioration et le développement de nouveaux matériaux nécessitent la mise en place d'outils analytiques performants permettant de suivre leur genèse. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé une nouvelle méthodologie RMN basée sur la mesure des temps de relaxation transversale (durée de la disparition de l'aimantation transversale) et longitudinale (durée du retour de l'aimantation longitudinale). Nous avons pu montrer que cette technique permet de décrire finement, au cours de la synthèse, les paramètres caractéristiques des particules formées. Elle est applicable à des supports inorganiques amorphes, hiérarchiquement organisés ou cristallisé sur une large gamme de porosité de 4,5Å à 240nm. Elle permet d'accéder à : La texture des particules : rugosité (surface externe) et surface interne développée (micro, méso et macroporosité), la taille et la proportion de particules formées. Pour une famille de matériaux donnée, cette technique est particulièrement sensible à la composition de surface : proportion d'aluminium et d'hydroxyle

Mots clés: nmr; relaxometry; relaxation time; diffusion; distribution; water layer thickness; meso and microporosity; aluminium oxides; boehmites; silica oxides; zeolite

Mots clés: RMN; relaxométrie; temps de relaxation; diffusion; distribution; épaisseur de couche d'eau; méso et microporosité; oxydes d'aluminium; boehmites; oxydes de silice; zéolithe

Domaines: Matériaux

Vincent Gex. Suivi in situ de la genèse des matériaux par relaxométrie RMN : application aux catalyseurs. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : 2012PAO66394⟩. ⟨tel-00829405⟩