De nouveaux solides hybrides poreux : synthèse, caractérisation, mécanismes de formation et séparation en phase liquide
Institution:
Versailles-St Quentin en YvelinesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
During the last decade, research on the synthesis of MOF (Metal-Organic Framework) porous materials has been the subject of many studies due to potential applications of the materials. These crystalline compounds present three-dimensional atomic structures constructed from inorganic motifs linked by organic ligands (polycarboxylic acid) forming cavities with different geometries (cages, tunnels, etc. . . ) with sizes up to 30-40 Å and characterized by high specific surface areas (500-4000 m2. G-1). The prospect of new applications in the area of separation, recovery and purification of organic molecules in liquid phase using a porous inorganic-organic hybrid was a challenge to be addressed in the context of this thesis. The innovative and very promising properties of MIL-53 (Fe) led to a new method for the separation of BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and the three isomers of xylene) by HPLC chromatography. In addition, the solvothermal synthesis, crystal structure resolution and physicochemical characterizations of various lightweight solids based on alkali metals (lithium and sodium) and polycarboxylic acids have been reported, as well as the study of the mechanisms of formation of some MOFs by in situ X-ray diffraction (synchrotron radiation). Using a new kinetic model it has proved possible to distinguish the two main steps of the phenomenon of crystallization: nucleation and growth.
Abstract FR:
Depuis une dizaine d’années, les recherches sur la synthèse de matériaux poreux de type MOF (Metal-Organic Framework) font l’objet de nombreuses études en raison de leurs applications potentielles. Ces composés cristallisés ont la particularité de présenter des structures atomiques tridimensionnelles construites à partir de motifs inorganiques reliés entre eux par des ligands organiques (de type acide polycarboxylique) formant des cavités avec différentes géométries (cages, tunnels, etc. . . ) avec des tailles pouvant aller jusqu’à 30-40 Å et caractérisées par des surfaces spécifiques élevées (500-4000 m2. G-1). La perspective de nouvelles applications dans le domaine de la séparation, la récupération et la purification de molécules organiques en phase liquide effectuées à partir d'une matrice poreuse hybride inorganique-organique a été un challenge à relever dans le cadre de cette thèse. Les propriétés novatrices et très prometteuses du MIL-53(Fe) ont conduit à une synergie favorable pour la séparation des BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène et les trois isomères du Xylène) par chromatographie CLHP. D’autre part, la synthèse solvothermale, la résolution structurale et les caractérisations physico-chimiques de différents solides ultralégers obtenus à base de métaux alcalins (lithium et sodium) et d’acides polycarboxyliques ont été reportés ainsi que l’étude des mécanismes de formation de quelques MOFs par diffraction des rayons X in situ en utilisant les possibilités du rayonnement synchrotron à l’aide d’un nouveau modèle cinétique permettant de séparer les deux étapes principales du phénomène de cristallisation : la nucléation et la croissance.