Synthèse des zéolithes EMC-1 (FAU) et EMC-2 (EMT) en présence de dérivés d’aza-éthercouronnes

Synthèse des zéolithes EMC-1 (FAU) et EMC-2 (EMT) en présence de dérivés d’aza-éthercouronnes

Ce dernier chapitre s’intéresse à la synthèse des zéolithes EMC-1 (FAU) et EMC-2 (EMT) en présence de nouveaux agents structurants de type mono- et di(aza-éther-couronne) conçus par modélisation moléculaire, selon une approche stérique. Ces composés ont été utilisés suivant un plan de criblage adapté, afin de favoriser la formation des phases cubiques (FAU) et hexagonales (EMT) pures. Leurs propriétés physico-chimiques ont été évaluées comparativement aux zéolithes classiques. Des composés bifonctionnels à base mono- et di(aza-éther-couronne) ont également été utilisés, dans des conditions de synthèse dites Les zéolithes sont largement utilisées dans les domaines de la pétrochimie et des procédés de raffinage du fait de leur haute stabilité thermique, de leur acidité de Brönsted ajustable ainsi que de leur porosité unique. En particulier, le type structural FAU, de symétrie cubique, constitue un des principaux composants des catalyseurs de craquage à l’échelle  industrielle du fait de sa structure ouverte, adaptée à la diffusion des hydrocarbures.1-3 Sa porosité est composée de supercages d’un diamètre de 1,16 nm interconnectées par le biais d’ouvertures de pores à 12 atomes tétraédriques. La forte proximité des atomes d’aluminium de la charpente constituant la zéolithe Y (FAU) conventionnelle, de rapport molaire Si/Al inférieur à 2,5, entraîne une dégradation structurale partielle sous des conditions thermiques ou hydrothermales dures. De ce fait, la zéolithe Y est actuellement remplacée par la zéolithe USY (ultra-stable Y, de rapport molaire Si/Al supérieur à 4) pour le craquage des coupes pétrolières lourdes.4,5 De plus, l’isolement des atomes d’aluminium permet d’augmenter leur acidité. Généralement, la zéolithe USY est obtenue après désalumination d’une zéolithe Y conventionnelle. Cette désalumination peut être observée en suivant différentes approches : sous injection continue de vapeur d’eau à une température proche de 400°C,6-8 ou après lixiviation en milieu acide.9-11 Une diminution de la cristallinité de la zéolithe désaluminée ainsi que la formation de mésopores intracristallins sont constatées. Une autre méthode, moins répandue, vise à substituer des atomes d’aluminium de la charpente par des atomes de silicium en présence du tétrachlorure de  traitements peuvent résulter en l’obtention d’une zéolithe USY très riche en silice.13-14 Cependant, ces méthodes sont complexes à mettre en pratique à grande échelle. C’est pourquoi le domaine industriel reste demandeur de nouvelles méthodes de préparation de zéolithes hautement siliciques en une seule étape, notamment concernant les zéolithes de type structural FAU.

engendré par l’utilisation d’agents structurants de type éther-couronne les rend peu compétitives dans le cas des procédés industriels de craquage catalytique face à une zéolithe USY désaluminée. Cependant, la découverte de nouvelles propriétés physico-chimiques ou texturales, telle qu’une zéolithe sous forme de nanofeuillets permettant d’obtenir des propriétés catalytiques ou d’adsorption uniques, pourrait s’inscrire dans le cadre d’applications à haute valeur ajoutée. En particulier, il est attendu que l’utilisation de nanofeuillets zéolithiques de type structural FAU permette d’exalter les propriétés des catalyseurs d’hydrocraquage. hexagonale pure.26-27 Ceci est susceptible de provenir de la discordance entre la géométrie des composés organiques utilisés et la structure de la zéolithe. Ici, une approche stérique similaire à celle développée au cours du chapitre IV a été utilisée afin de concevoir de nouveaux agents structurants et texturants dérivés d’aza-éther-couronnes, favorables à la formation des zéolithes EMC-1 et EMC-2.  La stratégie développée au cours de cette étude est schématisée sur la Figure 1. Les agents structurants classiques des zéolithes EMC-1 et EMC-2 sont respectivement le 15-éther- couronne-5 (C5) et le 18-éther-couronne-6 (C6). À la manière du composé bifonctionnel développé par Choi et al. un composé comportant deux motifs structurants, reliés entre eux par un espaceur hydrogénocarboné, ainsi qu’une chaîne alkyle hydrophobe a été développé et utilisé en synthèse. Les composés intermédiaires ont également été évalués, afin de former préférentiellement une zéolithe EMC-1 ou EMC-2.