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RÉSUMÉ
Les zéolithes sont des aluminosilicates parfaitement cristallisés présentant un système nanoporeux constitué d’un réseau de canaux interconnectés ou non et de cages de diamètre inférieur à 10 Å. Cet article présente les progrès réalisés dans leur synthèse et les traitements post-synthèse qui ont permis leur utilisation dans trois domaines principaux: séparation et purification par adsorption, échange cationique et catalyse sélective. Ce dernier domaine est de loin le plus diversifié: catalyse d’oxydation, catalyse basique, acide, bifonctionnelle, les applications les plus importantes en valeur ajoutée (raffinage, pétrochimie) s’appuyant sur les deux derniers types de catalyse.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Dominique PLEE : Chef du service Adsorption Groupement de recherches de Lacq Atofina
INTRODUCTION
Les zéolites représentent une classe unique de solides cristallins dont les propriétés très spécifiques de surface et de porosité régulière ont permis un développement industriel dès la fin des années 1950. Les activités concernées sont très variées mais le domaine pétrolier et gazier, la pétrochimie et l’industrie de la détergence ont particulièrement profité de l’apparition de ces matériaux.
Pour de plus amples détails, le lecteur pourra consulter les ouvrages, références , présentés en bibliographie en fin d’article.
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- Version courante de juil. 2018 par Michel GUISNET, Ludovic PINARD
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1. Propriétés générales des zéolites
1.1 Structure et caractéristiques principales
Le terme de « zéolite » (ou zéolithe) vient du grec et signifie « pierre qui bout ». Les zéolites constituent une classe bien définie d’aluminosilicates cristallins que l’on peut trouver fréquemment dans la nature. Elles possèdent des structures tridimensionnelles formées par l’arrangement de tétraèdres [SiO4]4− et [AlO4]5− liés par des atomes d’oxygène pontants (figure 1).
Une des caractéristiques principales de ces solides réside dans le développement de pores de taille régulière dans le domaine microporeux (< 2 nm), contenant de l’eau adsorbée ainsi que des cations compensateurs.
L’eau est facilement perdue par chauffage et réadsorbée par mise en contact avec une atmosphère humide.
Les cations compensateurs ont pour origine la présence de charges électriques dans le réseau cristallin ; ces charges proviennent de la substitution d’une partie du silicium (4+) par de l’aluminium (3+) sans qu’il soit possible, pour des raisons de répulsion électrostatique (règle de Loewenstein), d’obtenir un rapport Si/Al inférieur à 1. Ces cations possèdent un degré de mobilité important qui donne naissance à des propriétés d’échange en phase liquide.
Les zéolites sont classées en groupes structuraux, à l’intérieur desquels certaines propriétés peuvent varier, en particulier, le rapport Si/Al déjà mentionné. À l’état naturel, environ 40 types sont répertoriés dont la formation est due à des altérations alcalines de matériaux réactifs, en général d’origine volcanique (tuff, verres, argiles).
Les premiers travaux de synthèse datent des années 1940 mais, depuis, la chimie a permis de synthétiser en laboratoire plus de 120 types différents.
Les caractéristiques qui leur sont communes sont :
-
faible densité et volumes poreux importants ;
-
stabilité cristalline à l’état déshydraté ;
-
propriétés d’échange cationique ;
-
taille de pores uniforme ;
-
propriétés d’adsorption de gaz et de vapeurs ;
-
propriétés catalytiques.
Bien...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRECK (D.W.) - Zeolite molecular sieves - . John Wiley and Sons (1974).
-
(2) - SZOSTAK (R.) - Handbook of molecular sieves - . Van Nostrand Reinhold (1992).
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(3) - BARRER (R.M.) - Hydrothermal chemistry of zeolites - . Academic Press (1982).
-
(4) - OCCELLI (M.L.), KESSLER (H.) - Synthesis of porous materials - . Marcel Dekker Inc. (1997).
-
(5) - RUTHVEN (D.M.) - Principles of adsorption and adsorption processes - . Wiley Interscience (1984).
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