Etude thermodynamique des systèmes gaz-zéolithe. Le modèle des grands éléments de structure.
Résumé
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Les phénomènes d'adsorption interviennent de façon déterminante dans de nombreuses réactions hétérogènes comme les réactions de décomposition ou les réactions électrochimiques aux électrodes. Leur étude systématique aux plans expérimental et théorique est donc à ce titre amplement justifiée, par surcroît, certains solides ont, grâce à leurs propriétés spécifiques d'adsorption, des champs d'application divers (notamment en pétrochimie) : Ce sont en particulier les corps zéolithiques utilisés comme catalyseurs, supports de catalyseurs, ou tamis moléculaires. Il n'est donc pas étonnant que les résultats expérimentaux soient nombreux en ce domaine, cependant l'étude de leur comportement en présence de mélanges gazeux pose des difficultés expérimentales réelles ce qui a nettement limité le nombre des résultats obtenus à ce jour, les recherches théoriques ont souvent donné lieu à l'extension de modèles déjà appliqués avec succès à d'autres solides mais rarement l'aspect spécifique de la structure zéolithique (cavités régulières) a été prise en compte. Le but de ce travail est donc double : D'une part, l'élaboration d'un modèle thermodynamique adapté au cas particulier de l'adsorption de gaz purs ou de leur mélange sur une zéolithe, d'autre part, la mise au point d'une méthode expérimentale permettant l'étude des équilibres d'adsorption d'un mélange gazeux sur un solide. La première partie de ce mémoire comprendra une brève mise à jour bibliographique en particulier la description des différentes théories interprétant les isothermes d'adsorption d'un gaz pur et de mélange gazeux sur un solide. La deuxième partie sera consacrée à la description d'une nouvelle méthode thermodynamique, générale par son formalisme, permettant l'étude quantitative de l'équilibre entre la phase adsorbée et la phase gazeuse. Les deux cas extrêmes, adsorption localisée ou délocalisée dans les cavités, seront étudiés ainsi que les lois correspondantes de répartitions des cavités en fonction de leur taux de remplissage. L'extension au cas d'un mélange gazeux sera effectuée à la fin de cette partie. Dans la troisième partie, nous décrirons l'appareillage utilisé et la mise au point expérimentale de l'étude de l'adsorption d'un mélange gazeux sur un solide. Les deux derniers chapitres de cette partie seront consacrés aux résultats expérimentaux et aux interprétations théoriques portant sur les systèmes : Dioxyde de carbone ou éthane sur les zéolithes 4 A et 13X ainsi que le mélange gazeux éthane-dioxyde de carbone sur la zéolithe 4 A.