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Objet

La plupart des zéolites sont très avides d'eau et sont donc rarement rigoureusement anhydres dans les conditions rencontrées dans l'industrie. C'est pourquoi nous nous sommes intéressés à l'influence de faibles quantités d'eau sur la cinétique de transport de divers composés, en particulier des alcanes, dans la zéolite NaX.

Description

Pour étudier la cinétique d'adsorption, nous avons développé une méthode basée sur le dégagement de chaleur qui accompagne toujours l'adsorption. La mise hors équilibre d'un échantillon de zéolite en présence d'adsorbat provoque une adsorption /désorption et par suite une variation de température de l'échantillon. Cette variation est mesurée par détection infrarouge. La méthode la plus efficace pour la mesure de la cinétique est de faire varier le volume expérimental à fréquence fixe, ce qui provoque une variation de la pression et de la température à la même fréquence. L'analyse de la fonction caractéristique, rapport de la réponse thermique sur la réponse en pression en fonction de la fréquence, fournit des indications très précises sur l'importance et la nature de ces résistances. Les paramètres de transfert sont obtenus par identification à partir d'un modèle qui tient compte de la diffusion de Fick et d'éventuelles barrières de surface. Bien que ce modèle ne considère qu'un seul adsorbat, il a été utilisé dans cette étude car, comme la tension de vapeur de l'eau en faible quantité (environ 2%) dans la zéolite est extrêmement petite (<0.05 Pa), on peut considérer que la phase gazeuse est constituée d'un seul composant et que l'eau est liée au réseau. On peut donc traiter le système comme un système classique adsorbant-adsorbat.

Résultats et perspectives

Nous avons étudié et comparé la cinétique de transfert du propane, butane, pentane et hexane dans la zéolite NaX anhydre et hydratée (Ref). Dans un premier temps, les paramètres thermodynamiques nécessaires au dépouillement des mesures de cinétique sont obtenus par la mesure in-situ des isothermes (Fig.1). On constate que la présence d'eau provoque pour tous les alcanes étudiés une diminution de la quantité adsorbée, particulièrement importante à basse pression. Les fonctions caractéristiques obtenues par la méthode de réponse en fréquence sont présentées figures 2 à 5. Selon les cas on peut observer une diminution ou une augmentation de l'amplitude de la réponse, proportionnelle à la pente de l'isotherme dans les conditions expérimentales considérées. En revanche, on observe toujours un ralentissement de la cinétique. Sur la figure 6, on a porté les diffusivités de transport obtenues à une concentration en alcane d'environ 2,5 molécules par cavité, à 30C. De plus ces diffusivités ont été corrigées de la loi de Darken pour être, en principe, directement comparables aux auto-diffusivités données par la RMN. L'examen des résultats amène à mettre en doute, dans ce cas précis, la validité de cette correction.

Références

[1] V. Bourdin, Ph. Grenier and A. Malka-Edery : "Fundamentals of Adsorption" FOA6, Giens, May 24-28, 1998.

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