Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Florian Olivier

Fonction : CDD IR

Date de début du CDD : 15 février 2022

Laboratoire d’accueil : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (ICMN), CNRS /Université d’Orléans : Axe Carbone Fonctionnels – Environnement – Biomatériaux

Contrat de Recherche : ARD Matex (ICMN/CEMHTI)

Responsables : Benoît Cagnon / Conchi O. Ania

Domaines/ Mots clés : : Carbones activés / Régénération / Procédés d’Oxydation Avancée

Titre du sujet de recherche : Régénération de matériaux carbonés pour l’élaboration de matériaux « plateforme » utilisables dans l’élaboration de multimatériaux

Résumé :
Les carbones activés (CA), utilisés dans des applications industrielles très variées telles que la purification, la séparation ou le stockage de gaz, le traitement de l’eau et le stockage de l’énergie, constituent des matériaux de choix pour traiter les problèmes de pollution. Dans les procédés d’adsorption, le CA représente un coût important et il est important de pouvoir le régénérer après plusieurs cycles d’utilisation. Les propriétés d’adsorption des CA sont principalement dues à leurs porosités et chimie de surface et les procédés de régénération actuels (principalement thermiques) ne permettent pas de retrouver l’intégralité de la porosité initiale. Ce procédé est aussi très coûteux dû à une très forte consommation d’énergie et à son faible rendement massique. En outre, la régénération du CA est réalisée par les fabricants, les coûts liés au transport ne sont pas négligeables. La régénération du CA permettra d’économiser jusqu’à 50% du coût global du matériau. Il est donc indispensable de pouvoir générer ce type de matériaux en essayant de retrouver la texture poreuse initiale afin de pouvoir l’utiliser à nouveau et ce, sur plusieurs cycles d’utilisation.

Le présent projet qui s’inscrit dans le cadre du projet ARD MATEX (Région Centre Val de Loire) - réalisé en collaboration entre les laboratoires ICMN et CEMHTI - propose d’étudier la régénération des CA en conditions extrêmes par procédés photochimiques1 et par ozonation en phase liquide ou gazeuse2. En parallèle de l’optimisation de ces deux procédés, une étude sur les propriétés texturales et chimiques des CA aux différentes étapes de la régénération sera également réalisée à l’aide d’une grande gamme de techniques de caractérisations (banc volumétrique à l’azote, dioxyde de carbone, hydrogène, ATG, IRTF, XPS, analyses élémentaires, MET).

Ces méthodes de régénération efficaces et écologiques permettront de retrouver la porosité initiale et engendreront des économies significatives. Ces méthodes devraient permettre de renouveler de grandes quantités de CA usagés ce qui est en parfaite adéquation avec les préoccupations des producteurs industriels de CA en quête de nouveaux procédés de régénération performants. Au-delà de cette application directe, ces CA pourront être utilisés notamment pour la réalisation de matériaux « plateforme » utilisables pour l’élaboration de multimatériaux dans de multiples applications. Ce travail est réalisé en étroite collaboration avec le producteur de CA, JACOBI Carbons (Vierzon), particulièrement intéressé par de nouveaux procédés de régénération efficaces et moins coûteux que ceux utilisés actuellement.

Références
1. L.F. Velasco, R.J. Carmona, J. Matos, C.O. Ania, Carbon, 2014, 73, 206-215.
2. T.F. de Oliveira, O. Chedeville, H. Fauduet, B. Cagnon, Desalination, 2011, 276, 359-365.