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Interactions gaz-surface solide
(Responsable : Gérard Thomas, Laurent Perier-Camby)
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Adsorption de gaz sur charbons actifs |
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Parce qu'ils présentent une très grande surface interne et une structure microporeuse, les charbons actifs font preuve d'une grande capacité d'adsorption
et sont souvent utilisés pour la purification de l'air. En Europe par exemple, il est devenu obligatoire d'utiliser des filtres contenant du charbon actif dans les automobiles afin de retenir les vapeurs de carburants formées
dans le réservoir.
Le but de notre travail est d'étudier le comportement d'un charbon actif granulé extrudé, ou sous forme de tissu, placé en contact avec un ou plusieurs gaz polluant comme le n-butane gazeux, l'un des principaux
composants des vapeurs de carburant, ou de polluant gazeux comme H2S.
Cette étude permet d’apporter deux sortes d'informations : quantité de gaz fixée et vitesse de fixation dans des conditions données. L’étude de l’influence de la température et la pression partielle
de polluant sur la dynamique d'adsorption (étude cinétique) et sur les capacités d'adsorption à l'équilibre (étude thermodynamique) permet de caractériser les interactions du charbon
et du polluant.
Des études de traitement de charbons actifs tissés du commerce permettent également d'optimiser les propriétés de ces charbons vis-avis de gaz polluants. |
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Caractérisation des propriétés physicochimiques du charbon actif utilisé |
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Porosité, aire spécifique, distribution poreuse |
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Composition chimique (fluorescence-X et spectroscopie d'absorption atomique) |
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Microscopie électronique à balayage, microscopie à force atomique |
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Adsorption de gaz polluant : Conditions expérimentales |
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L'Analyse Thermo Gravimétrique permet de déterminer la quantité de gaz polluant, comme le n-butane, ou le sulfure de dihydrogène H2S, adsorbé sur l'échantillon
dans des conditions souhaitées, isobares et isothermes : le composé gazeux est dilué dans de l'azote, gaz vecteur, à la pression atmosphérique.
La mesure des variations de température du charbon sous forme extrudé s'effectue dans la partie externe et dans la partie interne du granulé, et permet de contrôler les écarts éventuels
aux conditions isothermes.
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Adsorption du n-Butane : Résultats |
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Les isothermes d'adsorption donnent des résultats classiques : la quantité adsorbée de n-butane (masse me) lorsque l'équilibre est atteint augmente quand la pression
partielle de l'hydrocarbure augmente ou lorsque la température diminue. Les chaleurs isostériques d'adsorption calculées à partir de ces isothermes sont presque indépendantes de la quantité
adsorbée.
Les courbes cinétiques montrent que le charbon actif utilisé présente une grande affinité avec le n-butane : dans la plupart des cas, un équilibre est atteint au bout de quelques minutes.
L'augmentation de température à l'intérieur du grain est importante : par exemple, on peut noter une variation de température de 30° entre la partie interne du grain et la température du réacteur.
On peut expliquer les aspects thermodynamiques et les aspects cinétiques grâce au modèle de Langmuir.
Un modèle tenant compte de l'importance des variations de température dans les grains permet d'expliquer les résultats cinétiques obtenus dans des conditions isobares mais non isothermes. |
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Etude de l'influence de la nature d'un hydrocarbure gazeux (effets géométriques et électroniques) sur la thermodynamique et la cinétique d'adsorption. |
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Suivi de l'effet de la pression de la vapeur d'eau sur la vitesse d'adsorption des hydrocarbures et de H2S. |
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Etude de mélanges de gaz : la sélectivité du charbon actif (à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse). |
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Adsorption de polluants odorants à basse concentration. |
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Traitement chimique de charbons actifs pour optimiser leurs propriétés. |
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 M.Zarrouki (1990 )
Adsorption dans un système solide-liquide : solution d’ion dicyanoaurate – charbon actif.
INPG-EMSE, Saint-Etienne, France |
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E. Fiani (2000 )
Adsorption de polluants gazeux sur des filtres à charbon actif. Modélisation des échanges couplés de matière et de chaleur.
INPG-EMSE, Saint-Etienne, France |
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L. Meljac
Adsorption de sulfure d'hydrogène sur tissus de charbons actifs imprégnés. |
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E. Fiani, L. Perier-Camby, G. Thomas
Modelling of non isothermal kinetics of gaseous hydrocarbon adsorption on a granulated active carbon.
Proceedings of F.O.A.6 – Elsevier, Paris, 1213-1218, 1998 |
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E. Fiani, L. Perier-Camby, G. Thomas, , M. Sanalan
Modelling of Calorimetric and gravimetric measurements of hydrocarbon adsorption on a granulated active carbon.
Journal of Thermal analysis and calorimetry, vol.56, 1453-1459, 1999 |
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E.Fiani, L. Perier-Camby, G. Thomas
Exothermic effects of gaseous hydrocarbon adsorption on a granulated active carbon. Non isothermal kinetic model.
Journal of Thermal analysis and calorimetry, sous presse, 1999 |
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POLLUTEC 1996à 1999: (Lyon, France) |
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Journées d’Etudes sur la Cinétique Hétérogène:
(1997 Lille, France) |
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36e Journées du Cercle des Métaux: (Saint-Etienne, France,
1997) |
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EUROSOLID 4: (Saint Vincent, Italie, 1997) |
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Fundamentals of Adsorption 6: (Giens, France, 1998) |
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ESTAC 7: (BalatonFured, Hongrie,1998) |
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Centres de formation
et de recherche 
Français
