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Synthèse de nanofeuillets de zéolithe ZSM-5 (MFI) en présence d’agents monoazotés
Ce quatrième chapitre relate les travaux portant sur la zéolithe ZSM-5 (MFI) dérivés de la voie de synthèse initiée par l’équipe de Ryoo. Une approche combinant synthèses en parallèle et modélisation moléculaire vise à identifier des agents texturants et structurants monoazotés favorables à la formation de nanofeuillets de zéolithe ZSM-5. Ces composés comportent une fonction favorisant la germination de la zéolithe ainsi qu’une longue chaîne alkyle. La plupart du temps, les zéolithes sont obtenues par la transformation solide d’un gel aluminosilicique amorphe sous conditions hydrothermales, mais une autre voie a récemment attiré l’attention de la communauté scientifique. Il s’agit de la recristallisation de polysilicates lamellaires, en présence d’agents structurants venant s’incorporer au sein de l’espace interlamellaire des précurseurs et permettant ainsi de diriger la formation d’une zéolithe de type structural défini sous conditions hydrothermales. Sachant que la production de zéolithes est dépendante du coût des agents structurants, cette méthode de préparation permet de La magadiite forme avec la makatite, la kanémite, l’ilérite (octosilicate) et la kenyaite, la famille des polysilicates lamellaires existant à la fois à l’état naturel et synthétique. Sa structure cristallographique exacte est inconnue à ce jour. Cependant, de nombreuses informations structurales ont été obtenues grâce à la combinaison des techniques de diffraction de rayons X sur poudre, de résonance magnétique nucléaire à l’état solide et de typique, lorsque des alcanoamines sont utilisés comme agents structurants.8 Récemment, Ozawa et al. ont rapporté une synthèse hydrothermale de la magadiite en milieu sodique. En ajoutant au milieu réactionnel initial du bromure de tétrapropylammonium, une silicalite-1
En étudiant l’impact d’un système composé d’un agent structurant (le bromure de triéthylbutylammonium (C4-N(C2)3)) et d’un agent émulsifiant (le 1,2,3-benzotriazole ou le monostéarate de sorbitane) sur la morphologie et la taille des cristaux obtenus, Chauhan et al. ont mis en évidence une synthèse de cristaux de zéolithe ZSM-5 passant par la formation au préalable de la magadiite.10 Les agents émulsifiants semblent augmenter la stabilité hydrothermale de la magadiite, qui nécessite alors une durée ou une température de synthèse plus élevée afin d’être convertie en zéolithe, suivant un processus de dissolution- recristallisation. En particulier, le 1,2,3-benzotriazole conduit à la formation de cristaux agglomérés de morphologie plaquettaire et d’une épaisseur d’une centaine de nanomètres. Ainsi, il apparaît possible de préserver la morphologie lamellaire de la magadiite formée au cours d’une synthèse de zéolithe ZSM-5, en utilisant un agent à la fois émulsifiant et structurant. également permis d’obtenir spécifiquement la zéolithe ZSM-5 (MFI).16,17 Ces composés polymériques, situés dans les canaux droits de la zéolithe, comportent plusieurs fonctions structurantes de la forme di- ou tri(propylammonium), reliées entre-elles par un espaceur linéaire dont la longueur correspond exactement à la distance entre deux sites occupés par les suivant l’axe cristallographique b est comprise entre 20 et 50 nm, diffèrent des cristaux prismatiques micrométriques observés en présence des cations TPA+.16 Cette variation de b (soit 1,5 mailles de zéolithe), intercalés de couches micellaires.19-20 Cette organisation à l’échelle supramoléculaire résulte des propriétés tensioactives des composés bifonctionnels : lors du mûrissement d’Ostwald, la zéolithe ne peut croître que selon le plan (a c). Cette croissance provoque une augmentation de la surface hydrophobe des nanofeuillets, stabilisée par un effet de micellisation des chaînes hydrophobes. Cette même micellisation entraîne la mésostructurée est observée dès l’initiation de la synthèse hydrothermale. Cette phase, de structure hexagonale, est caractérisée par deux pics de diffraction aux bas angles (2100 = 2,0° et 2110 = 3,5° (CuK)). Après 7 jours à 130°C, les pics de diffraction propres à la structure hexagonale laissent place à deux nouveaux pics attribués à l’apparition d’une phase amorphe lamellaire (21 = 2,9° et 22 = 5,8° (CuK)). Consécutivement à la formation de cette phase amorphe lamellaire, le matériau cristallise en une zéolithe de type structural MFI.
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