Transferts, Réactivité, Matériaux pour les procédés propres

Objectifs scientifiques

  • Développement de procédés innovants de synthèse de composés lamellaires de type argile : modulation des conditions de synthèses en fonction de l’application visée.
  • Formulation de matériaux composites pour la séparation, le relargage contrôlé de principes actifs et l’adsorption de polluants en phase gaz et liquide
  • Valorisation matière et énergie de produits bio-sourcés : élaboration de chars pour des applications agronomiques, environnementales et énergétiques
  • Stockage de l’énergie : vecteur hydrogène et récupération de la chaleur fatale
  • Développement et utilisation de méthodes de caractérisation spécifiques (calorimétrie,..) et de modélisation des transferts de masse et de chaleur adaptées au procédé (modèle de connaissance,..)

Les membres

Simona BENNICI
Chargée de recherche
Co-animatrice
CV

Cyril Vaulot
Ingénieur de recherche
CV

Jocelyne BRENDLÉ
Professeur
CV

Patrick DUTOURNIÉ
Professeur
Co-animateur
CV

Liva DZENE
Maître de conférences
CV

Mejdi JEGUIRIM
Maître de conférences
CV

Lionel LIMOUSY
Maître de conférences
CV

Thèmes de recherche

Procédés de synthèse de composés lamellaires de type argile

J. Brendlé*, L. Dzene

*Contact : jocelyne.brendle@uha.fr

Les composés lamellaire de type argile sont abondants dans la nature, cependant, ils sont très rarement purs et comporte des hétéroéléments (ex. présence de fer induisant une coloration) ou des phases minérales comme le quartz, du carbonate de calcium ou encore des éléments traces comme l’arsenic, l’ensemble pouvant être gênant selon l’application visée. Les procédés de synthèse par voie hydrothermale permettent d’obtenir des composés lamellaires de compositions chimiques bien définies via un contrôle judicieux des paramètres gouvernant la formation des structures lamellaires. Les recherches actuellement menées dans cet optique, visent à mettre au point des procédés plus respectueux de l’environnement, en utilisant notamment moins d’eau et en travaillant à des températures moins élevées que celles usuellement employées ( i.e. proche de 120°C au lieu de 220°C). Une attention particulière est portée à la caractérisation des composés par une approche multi-techniques. Les phases lamellaires ainsi formées trouvent des applications en tant que composés modèles, par exemple pour l’étude des interactions entre ces phases et des radionucléides, dans le renforcement de photopolymères.

Une autre approche originale et très peu explorée pour la synthèse de composés lamellaires et la voie sol-gel, dans laquelle un organoalcoxysilane ( RSi(OR’)3, R étant un groupement organique et R’ un groupement méthoxy ou éthoxy) est employé comme source de source de silicium. Les avantages de ce procédé sont nombreux dans la mesure où les matériaux sont obtenus à température ambiante, en des temps courts et sont directement fonctionnalisés via le groupement organique lié par liaison covalente au silicium. Les activités récemment menées ont permis de contribuer à l’élucidation du mécanisme de formation de ces hybrides organique-inorganique de structure lamellaire, les recherches actuelles ayant pour objet de rendre le précédé encore plus respectueux de l’environnement et de faire des composés multifonctions.

Publications

X. Reinholdt, J. Brendlé, M.-H.Tuilier, S. Kaliaguine, E.Ambroise, Nanomaterials 2013, 3, 48 DOI : 10.3390/nano3010048

D. Grolimund, P. Wersin, J. Brendlé, J. Huve, L.Kiviranta, M. Snellman, Clay Minerals 2016, 51, 249

A. Garnier,  F. Da Cruz-Boisson, S. Rigolet,  J. Brendlé, V. Bounor-Legaré, , RSC Advances 2016, 6, 75715

Formulation de matériaux composites pour la séparation, le relargage contrôlé de principes actifs et l’adsorption de polluants en phase gaz et liquide

L. Limousy*, J. Brendlé, M. Jeguirim, L. Dzene, C. Vaulot, P. Dutournié, S. Bennici

*Contact : lionel.limousy@uha.fr

Les propriétés d’échange cationique des argiles en font des réseaux hôtes intéressants pour piéger des polluants, relarguer de manière contrôlée des principes actifs ou encore modifier les propriétés photochimiques de colorants. Dans le cadre du contrat bilatéral CNRS Fapesp 2016/50317-9 il s’agira de déterminer la nature des intéractions entre la charpente minérale et des principes actifs et d’évaluer le potentiel de tels composés en tant que dispositif thérapeutiques ou de diagnostic pour la libération contrôlée et ciblée de molécules biologiquement actives. Un autre volet des recherches concerne le confinement in situ de composés dans des strutures hybrides organique-inorganique et l’impact du confinement sur les propriétés des composites ainsi formés.

Publications

C. Ley, J. Brendlé, A. Walter, P. Jacques, A. Ibrahim, X. Allonas, Physical Chemistry Chemical Physics 2015, 17, 16677 DOI : 10.1039/c5cp02370j

F.M. Flores, M. Gamba, R.M. Torres Sánchez, E. Brendlé, J. Brendlé, Applied Clay Science 2016, 134, 83

L. Aristilde, B. Lanson, J. Miehé-Brendlé, C. Marichal, L. Charlet,  Journal of Colloid and Interface Science 2016, 464, 153 DOI : 10.1016/j.jcis.2015.11.027

C. Ley, J. Brendlé, M. Miranda, X. Allonas,  Langmuir 2017, 33,6812 DOI : 10.1021/acs.langrnuir.7b01330

Valorisation matière et énergie de produits biosourcés : élaboration de chars

M. Jeguirim*, L  Limousy, S. Bennici

*Contact : mejdi.jeguirim@uha.fr

Le développement des énergies renouvelables est devenu un enjeu majeur pour pallier à la raréfaction des ressources fossiles et l’augmentation des émissions des gaz à effet serre. Parmi les stratégies envisagées, la conversion thermochimique des matériaux biosourcés peut concilier à la fois la production d’énergie et séquestration du carbone. En particulier, la pyrolyse a l’avantage de produire 2 fractions liquide et gazeuse qui peuvent être valorisées comme biocombustible et une fraction solide appelée char qui peut être valorisé par différentes voies. Ainsi, le char peut être utilisé directement pour l’amendement des sols, gazéifié sous vapeur d’eau et/ou CO2 pour la production de gaz de synthèse, transformé en adsorbant pour l’élimination de polluants en phases gazeuse et aqueuse.

Reprinted with permission from [The two‐dimensional pore and polarization transport model to describe mixtures separation by nanofiltration: Model validation, S. Déon, P. Dutournié, L. Limousy, P. Bourseau,  AIChE Journal 2011,  57, (4), 985–995 DOI: 10.1002/aic.12330 ]. Jun 16, 2010 , John Wiley and Sons, Copyright © 2010 American Institute of Chemical Engineers (AIChE)

Récemment, une stratégie pour la valorisation des effluents aqueux de l’industrie agroalimentaire a été développée. Ces effluents riches en matières organiques et minérales sont imprégnés sur des matériaux biosourcés. Ensuite le mélange obtenu est séché pour la récupération de l’eau et pyrolysé pour la production de biohuiles et de biochar. Ce dernier riche en éléments nutritifs tels que le potassium (K), phosphore (P) et azote (N) est utilisé comme biofertilisant pour l’amendement des sols.

Publications

K. Haddad, M.Jeguirim, B. Jerbi, A. Chouchene, P. Dutournié, N. Thevenin, L. Ruidavets, S. Jellali, L. Limousy, ACS Sustainable Chemistry and Engineering 20175, 8988 DOI : 10.1021/acssuschemeng.7b01786

Stockage thermochimique de la chaleur

S. Bennici*, P. Dutournié

*Contact : simona.bennici@uha.fr

La substitution de l’utilisation des sources d’énergie conventionnelles par des sources d’énergies propres et renouvelables est le moyen le plus efficace, non seulement pour économiser l’énergie, et donc réduire le recours aux énergies fossiles, mais aussi pour réduire la pollution associée. En revanche, le caractère intermittent de cette énergie, ainsi que le déphase possible de la ressource par rapport aux périodes de demandes énergétiques quotidiennes ou saisonnières présente un inconvénient important. La disparité entre l’offre d’énergie disponible et l’énergie consommée nécessite donc la présence d’un système qui stocke l’énergie excédentaire lorsque la ressource est abondante dans le but de la réutiliser pour réduire l’inadéquation entre l’offre et la demande d’énergie.

La recherche de nouveaux systèmes de stockage reposant sur l’utilisation de matériaux de stockage innovants est nécessaire. Des composites à base de sels hydrates sont développés afin de permettre l’augmentation de la densité énergétique et la puissance volumique d’un système de stockage de chaleur de type ‘thermochimique’. L’intégralité du procédé de stockage de la chaleur est pris en compte, en partant de la préparation et caractérisation du matériau composite jusqu’à son application dans un système semi-pilote.

Publications

A. Jabbari-Hichri, A. Auroux, S. Bennici, International Journal of Energy Research 2017 41, 1134 DOI : 10.1002/er.3697

A. Jabbari-Hichri, S. Bennici, A. Auroux, Solar Energy Materials and Solar Cells 2016, 149, 232 DOI : 10.1016/j.solmat.2016.01.033

A. Jabbari-Hichri, S. Bennici, A. Auroux, Solar Energy Materials and Solar Cells 2015, 140, 351 DOI : 10.1016/j.solmat.2015.04.032

Filtration membranaire

P. Dutournié*, L. Limousy

*Contact : patrick.dutournie@uha.fr

Les activités de recherche actuelles portent sur l’étude expérimentale et numérique des transferts de matière dans des membranes de nanofiltration, voire d’ultrafiltration à bas seuil de coupure. Cette activité est axée sur l’étude des interactions soluté / solvant / surface dans les pores et à la surface du matériau poreux. En effet, la communauté scientifique s’accorde à modéliser les transferts de solutés ioniques à travers les pores de la membrane par la somme de trois contributions ; des effets stériques, électriques et diélectriques. Cependant, ces contributions sont actuellement mal connues et difficilement estimables. Dans ce contexte, une triple approche a été développée conciliant l’expérimental (synthèse, réalisation de membranes inorganiques et filtration expérimentale), la caractérisation (propriétés texturales, structurales, énergies d’interaction…) et le développement d’outils théoriques et numériques (pour la simulation, l’estimation de propriétés par techniques inverses,…). Ces activités ont conduit à la réalisation d’objets nouveaux aux propriétés hydrauliques et de sélectivité spécifiques, à la réalisation d’un outil de simulation 2D original (intégrant la couche limite) et à l’estimation des interactions entre le solvant, la surface et le soluté.

Reprinted with permission from [The two‐dimensional pore and polarization transport model to describe mixtures separation by nanofiltration: Model validation, S. Déon, P. Dutournié, L. Limousy, P. Bourseau,  AIChE Journal 2011,  57, (4), 985–995 DOI: 10.1002/aic.12330 ]. Jun 16, 2010 , John Wiley and Sons, Copyright © 2010 American Institute of Chemical Engineers (AIChE)

Publications

P. Dutournié, L. Limousy, W. Blel, S. Déon, P. Fievet,  IECR 2014, 53, 8221 DOI : 10.1021/ie5007933

S. Déon, P. Dutournié, P Fievet, L. Limousy, P Bourseau,  Water Research 2013, 47, 2260 DOI : 10.1016/j.watres.2013.01.044

A. Said, .J. Daou, L. Limousy, J. Bikaï, J. Halwani, J. Toufaily, T. Hanieh, P. Dutournié, Material Express 2015, 5, 451 DOI : 10.1166/mex.2015.1253

Equipements spécifiques

Autoclaves pour la synthèse hydrothermale

Pilote de filtration membranaire

Pilote de séchage

Test d’adsorption de polluants gazeux et test catalytique en phase gaz

Equipements de synthèse

Principales collaborations

University of Milano, Italy

IRCELYON, Villeurbanne, France.

IUTA, Duisburg, Allemagne.

Instituto de Quimica,Departemento de Quimica Fundamental, Sao Paulo, Brésil,

Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF)

CETMIC-CCT, La Plata, Argentine

Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Allemagne

Institute of Geological Sciences, Polish Academy of Sciences Krakow, Pologne