Dynamique multi-échelle et échange inter-porosité par relaxométrie RMN au sein de zéolithes mésoporisées - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2020

Multi-scale dynamics and inter-porosity exchange within mesoporous zeolites using NMR relaxometry

Dynamique multi-échelle et échange inter-porosité par relaxométrie RMN au sein de zéolithes mésoporisées

Résumé

Zeolites are widely used during cracking processes for oil refining. Their pores with a diameter less than 2 nm contain active sites, and by creating a second porosity we could improve molecular diffusion for reaching this reaction sites which allow catalytic process. Dynamics of confined cyclohexane in a faujasite-type zeolite with a bimodal porosity has been studied thanks to NMR relaxometry by probing translational and rotational movements between nanosecond and the ten microseconds. We used an adsorption ramp under controlled atmosphere in order to monitor the filling factor within model systems studied.Transverse relaxation time T2 has been measured as a function of temperature, and showed the transition from a fast exchange situation (one contribution at room temperature) to a slow exchange situation (two contributions at 240 K). 2D correlation maps highlighted a magnetization transfer between micropores and mesopores at 240 K. This proves that there is a molecular exchange during a time of 2 ms. We also found that the exchange temperature, characteristic of the transition, has been evaluated at 200 K using fast exchange theory. Contributions of micropores and mesopores have been distinguished thanks to NMRD profiles. Numeric simulations confirmed algebraic law of relaxation in micropores. We observed the influence of various parameters by varying probed molecule, temperature and filling factor, and made it possible to restrict the number of possibilities to find a model explaining diffusion in zeolites.
Les zéolithes sont très utilisées lors des procédés de craquage pour le raffinage du pétrole. Leurs pores inférieurs à 2 nm contiennent les sites actifs, et la création d’une porosité supérieure peut permettre de favoriser la diffusion moléculaire vers ces sites réactionnels permettant l’acte catalytique cible. La dynamique du cyclohexane confiné dans une zéolithe de type faujasite présentant une porosité bimodale a été étudiée grâce à la relaxométrie RMN qui sonde les mouvements translationnels et rotationnels compris entre la nanoseconde et la dizaine de microsecondes. L’utilisation d’une rampe d’adsorption sous atmosphère contrôlée permet de maîtriser le taux de remplissage au sein des systèmes modèles étudiés. La mesure du temps de relaxation transversale T2 en fonction de la température a permis de montrer la transition d’un échange rapide (une seule contribution à température ambiante) vers un échange lent (deux contributions à 240 K). Les cartes de corrélation 2D ont mis en évidence un transfert d’aimantation entre micropores et mésopores à 240 K, témoin de l’échange moléculaire pour un temps de 2 ms. En parallèle, la température caractéristique d’échange a été évaluée à 200 K en utilisant la théorie d’échange rapide. Les contributions des micropores et des mésopores ont pu être distinguées grâce aux profils RMND. Les simulations numériques réalisées ont confirmé le comportement algébrique de la relaxation dans les micropores. En faisant varier le fluide sondé, la température et le taux de remplissage, nous avons pu restreindre les possibilités d’un modèle expliquant la diffusion dans les zéolithes.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03579475 , version 1 (18-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03579475 , version 1

Citer

Jean-Baptiste Pigot. Dynamique multi-échelle et échange inter-porosité par relaxométrie RMN au sein de zéolithes mésoporisées. Chimie théorique et/ou physique. Sorbonne Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020SORUS424⟩. ⟨tel-03579475⟩
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