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Theses Year : 2019

Composites based on metal-organic framework for CO2 capture

Composites à base de metal-organic frameworks pour la capture du CO2

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Abstract

In order to face global warming, the capture of anthropogenic CO2 is of prime importance as renewable energies cannot yet satisfy our current energy needs. Several technologies are being studied, such as the use of solid sorbents. Among these, metal-organic frameworks (MOFs) offer interesting properties including their good affinity for CO2. In industrial processes, once CO2 has been captured, a regeneration of the material is needed to make the overall process economically viable. This regeneration step is usually achieved by heating the material, leading to CO2 desorption, however this is a high energy process. To minimize the energy required, the regeneration should be as fast as possible without hampering the sorbent’s properties. During this thesis, the main objective was to develop new MOF/graphene oxide microporous composites as efficient CO2 sorbents that can be easily regenerated under microwave irradiation. Microwave irradiation enables to reach the required desorption temperature much faster and limits the risk of degradation of the porous materials. Additionally, new core-shells of flexible MOFs have been synthesized for an optimized CO2 capture under wet conditions.
Pour faire face au réchauffement climatique, la capture du CO2 anthropogénique apparaît comme une solution indispensable étant donné l’utilisation toujours prédominante d’énergies fossiles. Pour y parvenir, de nombreuses solutions sont à l’étude, dont l’utilisation d’adsorbants solides. Parmi ceux-ci, les metal-organic frameworks (MOFs) offrent des propriétés de choix comme leur bonne affinité pour ce gaz. Dans les procédés industriels, une fois le CO2 adsorbé, il est nécessaire de régénérer le matériau pour rendre le procédé économiquement viable. Cette étape de régénération est réalisée par chauffage et conduit au relargage des molécules adsorbées mais impacte le bilan énergétique global. Afin de minimiser cela, la régénération doit être la plus rapide possible, sans altérer les propriétés du matériau poreux. Au cours de cette thèse, nous avons développé de nouveaux composites microporeux MOF/oxyde de graphène qui permettent à la fois de capturer le CO2 et d’être régénérés efficacement sous irradiation micro-ondes. Celles-ci permettent d’atteindre beaucoup plus rapidement les températures de désorption que le chauffage conventionnel tout en évitant de dégrader les adsorbants. Enfin, de nouveaux matériaux de type cœur-coquilles à base de MOFs flexibles ont été obtenus afin de limiter l’effet négatif de la vapeur d’eau sur les performances de capture du CO2.
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tel-03003433 , version 1 (13-11-2020)

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  • HAL Id : tel-03003433 , version 1

Cite

Mégane Muschi. Composites à base de metal-organic frameworks pour la capture du CO2. Matériaux. Université Paris sciences et lettres, 2019. Français. ⟨NNT : 2019PSLET063⟩. ⟨tel-03003433⟩
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