thesis

Analyses quantitatives en spectroscopie infrarouge : l’AG-IR (Analyses Gravimétriques et spectroscopie InfraRouge) nouvel outil d’analyse pour les espèces adsorbées

Defense date:

Jan. 1, 2010

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Institution:

Caen

Disciplines:

Chemistry

Authors:

Directors:

Abstract EN:

The combination of qualitative and quantitative information in infrared spectra allowed understanding the grafting mechanism for octylphosphonic acid on aluminated silicas. In a second step, a new analytic tool, named AG-IR, was designed and tested, combining two complementary techniques: infrared spectroscopy and thermogravimetry. With this unique setup, the weight of the sample is directly measured during the spectroscopic measurement. The experiment can be performed under reduced pressure as well as under operando conditions (inside a working catalytic reactor). Two separate studies were performed. The first one, under vacuum, dealt with the adsorption of acetonitrile derivatives on H﷓MFI zeolite. The second one, under flux, was the determination of integral molar absorption coefficients (denoted as epsilons) of adsorbed water on an H-Y zeolite during thermodesorption and on the interaction of co-adsorbed species. Several interesting results were obtained: the substitution of hydrogen atoms for chlorine atoms in acetonitrile strongly influences epsilon values for the nCºN vibration band, with epsilon decreasing with the number of substituted atoms. Epsilon for the dH2O vibration band depends on the hydration level of the zeolite. The (n+d)H2O vibration band is much less influenced, and this band is therefore recommended for the determination of the water content in the zeolite. Adsorbed water strongly influences the spectral response of adsorbed ammoniac, and the chemical environment of ammonium ions is deeply modified by co-adsorbed water.

Abstract FR:

Lors d’une première étude, le recoupement des données qualitatives et quantitatives en spectroscopie infrarouge a permis de comprendre le mécanisme de greffage de l’acide octylphosphonique sur des silices aluminées. Ensuite, un nouvel outil d’analyse, nommé AG﷓IR, a été mis au point en couplant deux techniques : la spectroscopie infrarouge et la thermogravimétrie. Grâce à cette installation unique, la masse de l’échantillon est directement et simultanément reliée au spectre IR de celui-ci. Cet appareil permet de travailler soit sous vide soit en conditions operando (dans un réacteur catalytique en fonctionnement). Un premier travail, réalisé sous vide, porte sur l’étude des molécules sondes dérivées de l’acétonitrile sur une zéolithe H﷓MFI. Un second travail, réalisé sous flux, porte sur le suivi des coefficients d’absorption molaires intégrés (notés epsilons) de l’eau adsorbée sur une zéolithe H-Y au cours d’une thermodésorption et sur l’interaction entre espèces co﷓adsorbées. Des résultats intéressants ont été obtenus : la substitution d’atomes d’hydrogène dans l'acétonitrile par un ou plusieurs atomes de chlore influe fortement sur les valeurs des epsilons de la bande nCºN. Plus le nombre d’halogènes augmente et plus la valeur de l’epsilon diminue. L’epsilon de la bande dH2O varie en fonction du taux d’hydratation de la zéolithe. Par contre, celui de la bande (n+d)H2O est moins influencé par le taux d’hydratation. Pour les zéolithes, seule cette bande permet d’estimer approximativement la quantité d’eau adsorbée. L'eau adsorbée a une influence sur l’adsorption de l’ammoniac, et l’environnement chimique des ions ammonium est fortement modifié par la présence d’eau.