Etude des zéolihes de type MFI

Résumé du document

Lorsque Cronstedt en 1756 recueille les premiers cristaux de zéolithes (Stibilite) dans une mine de cuivre, il était loin d'imaginer que ces composés, deux cents ans plus tard, révolutionneront l'industrie chimique. En effet, grâce à leur structure poreuse résultant de l'enchaînement de tétraèdres SiO4 et AlO4- et à la mobilité des cations de compensation et de l'eau d'hydratation, les zéolithes ont des propriétés d'échange d'ions et d'adsorption tout à fait remarquables. Ces deux propriétés sont utilisées pour la déshydratation, la purification de gaz et de liquides, la séparation d'hydrocarbures et pour l'adoucissement de l'eau ou la fixation d'éléments radioactifs.
Cependant, l'essor le plus important de ces matériaux s'est produit dans la pétrochimie. C'est en effet dans ce dernier domaine que les recherches sur la synthèse et la caractérisation se sont principalement développées au cours de ces vingt dernières années pour répondre aux besoins du marché. L'évolution technologique et les normes antipollution actuellement en vigueur ont nécessité une redéfinition de la qualité et des quantités de carburants commercialisés, et donc la mise au point de catalyseurs de plus en plus performants. L'introduction d'une petite quantité de zéolithe dans une matrice de silice-d'alumine ou d'argile conduit à une augmentation de la conversion et de sélectivité en essence.

Extraits

[...] Les ions hydroxyles ont un rôle de mobilisateur des espèces aluminosilicatées ou silicatées. L'intérêt industriel que suscitent ces nouveaux matériaux a conduit au développement de nouveaux procédés de synthèse. Ils se démarquent des travaux citées antérieurement, soit par un mélange réactionnel de composition chimique différente, d'autres éléments que l'aluminium se substituant alors partiellement au silicium, soit par la présence dans le milieu de synthèse de diverses substances organiques. Si parmi ces substances dites structurantes, de nombreuses conduisent au type MFI seuls les ions TPA+ remplissent les conditions de spécificité. [...]

[...] Le symbole utilisé désigne alors, soit le nom de l'équivalent naturel (exemple SOD pour la sodalite), soit le nom de la zéolithe synthétique pour laquelle la structure est déterminée. Ainsi, le sigle MFI (mobil five) désigne toutes les zéolithes dont les topologies de charpente sont voisines de celle de ZSM-5. A titre indicatif, les zéolithes pouvant actuellement être répertoriées dans ce groupe sont les suivantes : ZSM-5, AMS-1B, AMS-1cr, TRS, MB-28, NU-5, silicaliteI, TS1, CZM-Cr, ZSM-8, Zéta-1, Zéta-3, la boralite TRS-C. Plusieurs auteurs considèrent en effet que les zéolithes ZSM-8 et zéta-1 sont des inter croissances de zsm-5 et zsm-11. [...]

[...] Etude des zéolithes de type MFI I. Introduction Lorsque cronstedt en 1756 recueille les premiers cristaux de zéolithes (stibilite) dans une mine de cuivre, il était loin d'imaginer que ces composés, deux cents ans plus tard, révolutionneront l'industrie chimique. En effet, grâce à leur structure poreuse résultant de l'enchaînement de tétraèdres sio4 et alo4- et à la mobilité des cations de compensation et de l'eau d'hydratation, les zéolithes ont des propriétés d'échange d'ions et d'adsorption tout à fait remarquables. Ces deux propriétés sont utilisées pour la déshydratation, la purification de gaz et de liquides, la séparation d'hydrocarbures et pour l'adoucissement de l'eau ou la fixation d'éléments radioactifs Cependant, l'essor le plus important de ces matériaux s'est produit dans la pétrochimie. [...]

[...] L'activité catalytique de ces zéolithes est fonction du caractère acide qui peut leur être conféré. Cette acidité peut être de type Bronsted, liée à la nature des cations de compensation (protons, cations à fort pouvoir dissociant de l'eau comme le lanthane par exemple) ou de Lewis, résultant alors de la présence de sites déficients en électrons crées pour la déshydroxylation L'introduction des métaux de transition dans la structure permet l'extension des applications de ces zéolithes de la catalyse acide à la catalyse redox. [...]

[...] II.3. La nomenclature La composition chimique de la charpente des zéolithes de type MFI est très variable. Pour simplifier l'appellation de ces solides, une nomenclature est adoptée. Cette nomenclature permet en un seul mot de définir la composition de la zéolithe, le milieu de synthèse utilisé [42]. Les zéolithes de type MFI préparées en milieu basique seront- appelées silicalites lorsque Si/T >500. [...]