Development of new clay-based absorbent materials for separating CO2 from bio-methane

L’augmentation des concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre, tels que le CO2 et le CH4, constitue un moteur majeur du réchauffement climatique. Parmi les stratégies de réduction figurent la transition énergétique, la valorisation de sources non fossiles, la réduction des émissions de CH4 et la capture et le stockage du carbone. Les procédés basés sur l’adsorption, tels que l’adsorption modulée en pression ou sous vide (V/PSA), sont des technologies matures pour le captage du CO2, utilisées notamment dans la purification du bio-CH4 renouvelable et explorées pour la décarbonation des effluents industriels. Dans ce contexte, cette thèse évalue l’usage d’argiles naturelles et synthétiques modifiées par échange cationique, comme adsorbants alternatifs aux matériaux conventionnels. Des cations inorganiques (Na+, Cs+) et organiques (MA+, DiMA+, TriMA+, TMA+) ont été intercalés dans l’espace interfeuillets afin de moduler la structure et la microporosité des argiles. Les analyses par DRX, physisorption (N2, Ar) et modélisation DIS révèlent une amélioration marquée de la microporosité, en particulier pour les cations organiques. L’étude des isothermes CO2/CH4 met en évidence une forte capacité d’adsorption du CO2, avec des sélectivités variables selon le cation échangé. Pour certains systèmes, de très bonnes performances ont été mesurées, attribuées à l’ouverture contrôlée des espaces interfeuillets. Des indicateurs de mérite des adsorbants ont été évalués, positionnant les argiles échangées comme des alternatives crédibles aux adsorbants conventionnels (zéolithes, MOFs), en tant que matériaux économiques et durables pour l’enrichissement du biogaz.