Projet ANR-12-IS08-0001 – MICROGREEN : Matériaux micropreux: synthèses vertes pour des applications vertes
Programme : Blanc International II - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc Inter II - SIMI 8)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Valentin VALTCHEV (Laboratory of Catalysis and Spectroscopy)
Partenaires : Jílín Dàxué; Laboratoire Catalyse et Spectrochimie
Montant : 171600.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : Matériaux micropreux: synthèse verte pour des applications vertesNotre projet se focalise sur la synthèse de matériaux zéolithiques microporeux, en particulier la compréhension fine de leur mécanisme de formation. Les zéolithes et les matériaux zéolithiques en général sont actuellement largement étudiés et appliqués dans des domaines tels que l’échange ionique, les procédés catalytiques, l’adsorption, les capteurs, la santé, les nanotechnologies…
CONTEXT, POSITION AND OBJECTIVES OF THE PROPOSALNotre projet se focalise sur la synthèse de matériaux zéolithiques microporeux, en particulier la compréhension fine de leur mécanisme de formation. Les zéolithes et les matériaux zéolithiques en général sont actuellement largement étudiés et appliqués dans des domaines tels que l’échange ionique, les procédés catalytiques, l’adsorption, les capteurs, la santé, les nanotechnologies… Les zéolithes sont intrinsèquement respectueuses de l’environnement et leur utilisation dans des applications nouvelles serait bénéfique. La compréhension des facteurs influençant leur mécanisme de synthèse (nucléation et croissance cristalline) est vitale pour aider à la conception rationnelle de structures possédant des propriétés spécifiques telles leur structure, composition chimique, la taille et forme de leurs cristaux, stabilité, réactivité. Les MOFs (Metal Organic Frameworks) et les PAFs (Porous Aromatic Frameworks) ont également retenu l’attention croissante des scientifiques académiques et industriels de par leur grande capacité d’adsorption de gaz à effet de serre.
Synthèse hydrothermalA specific feature of proposed research is that the synthesis of zeolites (French team) and PAF-type materials (Chinese team) will be performed at ambient conditions. This approach will be used in order to slow down the crystallization kinetics and to study the intermediates under quasi in situ conditions. Thus detail information on the intermediates, type of structures, phases and inhomogeneities present at different stages of microporous materials formation and gel transformation will be obtained. This approach will also provide a fine control of crystal growth kinetics and thus synthesis of microporous phases that cannot be obtained under conventional conditions. Low temperature conditions will be further employed for synthesis of zeolites on supports that cannot withstand conventional hydrothermal treatment. Synthesized series of zeolites, PAFs and composites materials will be further used for greenhouse gases and water pollutants elimination.
Résumé de la soumission : Notre projet se focalise sur la synthèse de matériaux zéolithiques microporeux, en particulier la compréhension fine de leur mécanisme de formation. Les zéolithes et les matériaux zéolithiques en général sont actuellement largement étudiés et appliqués dans des domaines tels que l’échange ionique, les procédés catalytiques, l’adsorption, les capteurs, la santé, les nanotechnologies… Les zéolithes sont intrinsèquement respectueuses de l’environnement et leur utilisation dans des applications nouvelles serait bénéfique. La compréhension des facteurs influençant leur mécanisme de synthèse (nucléation et croissance cristalline) est vitale pour aider à la conception rationnelle de structures possédant des propriétés spécifiques telles leur structure, composition chimique, la taille et forme de leurs cristaux, stabilité, réactivité. Les MOFs (Metal Organic Frameworks) et les PAFs (Porous Aromatic Frameworks) ont également retenu l’attention croissante des scientifiques académiques et industriels de par leur grande capacité d’adsorption de gaz à effet de serre.Le dénominateur commun des recherches proposées dans ce projet est que la synthèse de zéolithes (équipe Française) et PAFs (équipe Chinoise) se déroulera à température ambiante. Cette approche permet de ralentir suffisamment les vitesses de cristallisation afin d’étudier les intermédiaires réactionnels en conditions quasi in-situ.  Des informations détaillées sur les phases présentes, les inhomogénéités présentes à différents stades de leur formation et des transformations de gels réactionnels seront ainsi obtenues. Cette approche permettra également un contrôle fin des cinétiques de cristallisation et donc d’isoler des phases qui ne le sont pas par des techniques plus conventionnelles. Ces basses températures permettent également de synthétiser directement des zéolithes sur des supports sensibles à la température. Les zéolithes, PAFs et leurs composites seront ensuite utilisés pour éliminer des gaz à effet de serre et purifier des eaux polluées.En pratique, le projet comprend les phases suivantes :i) Dévelopment et optimisation de protocoles de synthèse et leur application à la préparation de zéolithes et PAFs ; ce travail inclura l’évolution en fonction du temps des conditions de synthèse et l’influence des compositions initiales. Ceci éclairera la dynamique, cinétique, distribution spatiale… de la transformation des gels (suspensions) en solides cristallinsii) Caractérisation structurale et analyse de la composition des solides récoltés et des phases intermédiairesiii) Analyse itérative des résultats et modification des conditions expérimentales afin d’obtenir les solides recherchésiv) Synthèse de matériaux zéolithiques en conditions « vertes » qui incluent une utilisation minimale de l’énergie et un recyclage complet des réactifsv) Utilisation de ces matériaux pour réduire les gaz à effet de serre (PAFs) et mitiger la pollution aquatique (zéolithes), deux problèmes aigus de nos sociétés modernesCe projet est basé sur deux groupes possédant chacun une masse critique et une excellence reconnue au niveau mondial dans leurs compétences de cœur, par ailleurs très complémentaires. Ainsi l’équipe française se focalisera sur la synthèse rationnelle de zéolithes classiques alors que l’équipe chinoise s’intéressera à des matériaux récemment découverts (PAFs). Ces études parallèles suivront donc par une méthodologie similaire deux classes importantes de matériaux microporeux qui permettront une comparaison objective de la préparation et des applications de ces matériaux dans le cadre général d’un développement durable.
Résultats : Pendant le première étape du projets les deux équipes sont optimisés les  protocoles de synthèse et leur application à la préparation de zéolithes et PAFs ; ce travail inclura l’évolution en fonction du temps des conditions de synthèse et l’influence des compositions initiales. Ceci éclairera la dynamique, cinétique, distribution spatiale… de la transformation des gels (suspensions) en solides cristallins
Perspectives : L’étape prochaine du projet inclus les phases suivantes :
i)	Caractérisation structurale et analyse de la composition des solides récoltés et des phases intermédiaires
ii)	Analyse itérative des résultats et modification des conditions expérimentales afin d’obtenir les solides recherchés
iii)	Synthèse de matériaux zéolithiques en conditions « vertes » qui incluent une utilisation minimale de l’énergie et un recyclage complet des réactifs
iv)	Utilisation de ces matériaux pour réduire les gaz à effet de serre (PAFs) et mitiger la pollution aquatique (zéolithes), deux problèmes aigus de nos sociétés modernes
Publications et brevets : Poster presentation at 5th Advanced Micro- & Mesoporous materials Symposium (September 6-9, 2013; Golden sands, Bulgaria)
Title: Rheological properties of zeolite precursor gels having different aluminium content
Authors: A. Palcic, J. Bronic, V. Valtchev
Oral presentation at 5th Advanced Micro- & Mesoporous materials Symposium (September 6-9, 2013; Golden sands, Bulgaria)
Title: Synthesis of copolymerized porous aromatic frameworks (PAFs) with high CO2 storage properties
Authors: T. Ben, S. Qiu