Hydroxydes Doubles Lamellaires : Potentielles applications aux nouvelles technologies d'adsorption durable

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Hydroxydes Doubles Lamellaires : Potentielles applications aux nouvelles technologies d'adsorption durable

Actuellement, des adsorbants conventionnels et nouveaux ont été utilisés pour résoudre les problèmes posés par le développement de nouvelles technologies durables (traitement de l'eau, recyclage des plastiques, etc.). Parmi tous les matériaux, les composés d'hydroxydes doubles lamellaires (HDL) sont l'un des plus versatiles. La variabilité de la structure et de la composition des HDL rend leurs morphologies, structures cristallines, anions intercouches et structures électroniques contrôlables.

Les HDL se sont révélés intéressants pour diverses applications et utilisations dans différents domaines industriels. Dans le procédé de recyclage des plastiques, les composés synthétiques de type hydrotalcites sont utilisés comme additifs dans le PVC pour stabiliser la qualité du polymère. Dans le domaine des batteries, ces matériaux présentent un excellent potentiel dans le domaine du stockage de l'énergie et ont été utilisés avec succès dans les batteries Li-S. Les HDL’s ont également été utilisés pour la production d'hydrogène, montrant le potentiel d'un matériau d'électrolyse de l'eau neutre à haut rendement énergétique. Dans des applications plus conventionnelles, les HDL peuvent agir comme inhibiteurs de corrosion et sont devenus plus attractifs que d'autres stratégies en raison de leur capacité d'échange d'ions.

Dans le cadre de ce stage, nous nous concentrerons sur le développement de composés d'hydroxydes doubles lamellaires et sur leur application dans les procédés d'adsorption et de séparation.

DESCRIPTION

Les hydroxydes doubles lamellaires (HDL), également connus sous le nom de composés de type hydrotalcite, sont des matériaux argileux anioniques comprenant diverses combinaisons d'hydroxydes métalliques intra-couches et d'anions inter-couches. La formule générale des HDL est [MII_1-xMIII_x (OH)₂]x+(A^n-)_x/n. mH₂O, où MII est un cation divalent, MIII un cation trivalent et An- un anion compensateur de charge. Le projet vise à synthétiser, caractériser et évaluer l'adsorption des HDL avec différents cations (Zn, Mg, etc.) et anions d'intercalation (ex. CO₃, etc.).

La synthèse des HDL sera réalisée par la méthode de co-précipitation. Les adsorbants seront caractérisés par des techniques classiques pour obtenir des informations sur la cristallinité et les paramètres cellulaires (DRX), la nature de l'anion d'intercalation (IR), la surface spécifique (adsorption de N₂), l'analyse élémentaire (ICP) et les propriétés de stabilité thermique (ATG). D'autres techniques de caractérisation avancées telles que la RMN, l'IR in situ, la DRX in situ pourraient être proposées. Les tests d'adsorption seront réalisés en système statique, principalement en phase organique, et les solutions seront analysées par chromatographie en phase gazeuse.

Le stage comprendra trois parties principales :

• a) revue de la littérature sur les HDL et leurs applications en tant qu'adsorbants (articles, brevets, etc.),
• b) synthèse et caractérisation des HDL, et
• c) tests d'adsorption.

L'étudiant aura l'occasion d'interagir avec de nombreuses techniques expérimentales, de développer une analyse critique des données expérimentales et d'améliorer ses capacités de recherche au sein d'un groupe de recherche multidisciplinaire.

PROFIL

Master 2 en sciences chimiques, sciences des matériaux, sciences analytiques, génie chimique