Characterization of diffusion in hierarchical zeolites by infrared spectroscopy
Institution:
NormandieDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work aimed at developing and benchmarking a new method of investigation of molecular diffusion in zeolite-based materials. It consists in the hyphenation of gravimetric analysis and infrared spectroscopy. The former allows assessing the diffusion from the gas phase to all the porosity, while IR spectroscopy allows for selective assessment of the diffusion to the zeolite active sites located in the micropores by monitoring the evolution of their coverage by the molecular probe. An original method of data processing, based on the inversion of the integral equations describing the uptake curves or infrared spectra has also been developed. These methods were applied to the characterization of (i) model mechanical mixtures of H-MFI and H-FAU zeolites, (ii) hierarchical H-MFI zeolites obtained by treatment in a fluoride medium, and (iii) model composite catalyst made of Al-MCM-41 and hierarchical H-MFI. Our results show that the relative values of diffusion rates as measured by gravimetry and IR spectroscopy are indicative of the quality of connectivity between meso- and microporous networks, and could thus be used to qualify zeolite-based hierarchical materials.
Abstract FR:
Ce travail visait à développer et à évaluer une nouvelle méthode d'investigation du transport de matière dans les catalyseurs à base de zéolithes. Elle consiste en la combinaison de l'analyse gravimétrique et de la spectroscopie infrarouge. La première permet d'évaluer la diffusion de la phase gazeuse vers toute la porosité, tandis que la spectroscopie IR permet d'évaluer sélectivement la diffusion vers les sites actifs des zéolithes situés dans les micropores, en suivant l'évolution de leur taux couverture par la sonde moléculaire. Une méthode originale de traitement des données, basée sur l'inversion des équations intégrales décrivant les courbes cinétiques d'absorption ou les spectres infrarouges enregistrés au cours de l’adsorption, a également été développée. Ces méthodes ont été appliquées à la caractérisation (i) de mélanges mécaniques modèles de zéolites H-MFI et H-FAU, (ii) de zéolites H-MFI hiérarchisées obtenues par traitement dans un milieu fluorure et (iii) d'un catalyseur composite modèle constitué de Al-MCM-41 et de H-MFI hiérarchisée. Nos résultats montrent que les valeurs relatives des vitesses de diffusion mesurées par analyse gravimétrique et spectroscopie IR sont indicatives de la qualité de la connectivité entre les réseaux méso- et microporeux, et pourraient donc être utilisées pour qualifier les matériaux hiérarchisés à base de zéolithes.