Synthèse de zéolithe sans agent structurant organique pour la séparation sélective des gaz

Cette thèse est consacrée au développement de zéolithes à larges pores pour l’adsorption sélective de petites molécules invitées. La recherche porte sur la synthèse, la modification structurale et les performances d’adsorption de la zéolithe offrétite (OFF) à larges pores, caractérisée par des canaux interconnectés à 12 chaînons (12MR) et des ouvertures latérales à 8 chaînons (8MR). Le premier chapitre présente les avancées des zéolithes en matière de stratégies de synthèse et d’applications en adsorption. Le deuxième chapitre expose les principales méthodes de caractérisation des zéolithes. Le troisième chapitre décrit une nouvelle synthèse sans agent structurant organique (OSDA-free) et l’optimisation de l’offrétite en utilisant des cations alcalins inorganiques (Na⁺, K⁺, Cs⁺) comme agents directeurs de structure, sous des conditions hydrothermales modérées. Il a été démontré que le Cs⁺ favorise la formation de la phase OFF tout en inhibant les phases concurrentes. L’offrétite obtenue présente une capacité d’adsorption élevée du CO₂ (4,1 mmol g⁻¹) à 0 °C. Dans le quatrième chapitre, un simple post-traitement unidimensionnel sous pression hydraulique a été appliqué pour produire une OFF de taille nanométrique (~200 nm) présentant de meilleures performances de séparation CO₂/N₂ (diffusion gazeuse plus rapide, capacité CO₂ comparable et sélectivité CO₂/N₂ plus élevée) par rapport à l’offrétite parent de taille micrométrique. Enfin, le cinquième chapitre rapporte un comportement de régulation multi-cationique observé dans la Cs-OFF à larges pores, permettant une adsorption sélective du N₂ par rapport au CH₄ à basse température. Les cations Cs⁺ situés près des sites à 8MR à l’intérieur des canaux à 12MR agissent comme des portes moléculaires réversibles, différenciant la résistance à la diffusion des molécules invitées selon leurs diamètres cinétiques.