Thèse - Université de Bourgogne

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Chapitre 1 : Adsorption d'un gaz sur un solide Ainsi V = 2, le système est divariant. Il suffit de fixer deux paramètres intensifs pour connaître le troisième. Cette étude thermodynamique peut-être réalisée à partir de trois types de tracés : o des isothermes : elles reportent la quantité de matière adsorbée n en fonction de la pression P à température constante T, n = f (P)T, o des isobares : elles représentent la quantité de matière adsorbée n en fonction de la température de l'adsorbant T à pression constante, n = f (T)P, o des isostères : elles expriment la pression du gaz en fonction de la température à quantité de matière adsorbée constante n, P = f (T)n, 1.3.2 Isothermes d'adsorption Les isothermes d'adsorption/désorption fournissent des informations sur l’affinité d’adsorption à basse pression et la capacité d’adsorption à pression élevée (interactions adsorbant/adsorbat et adsorbat/adsorbat). Elles fournissent des informations sur la nature du matériau (solide poreux ou non, volume poreux, taille des pores…). Elles sont répertoriées en fonction de leur forme en six catégories selon la classification IUPAC [13] (International Union of Pure and Applied Chemistry) (Figure 1.1) : o Les isothermes de type I sont caractéristiques d'une adsorption sur des matériaux microporeux (diamètre des pores inférieurs à 2 nm). A basse pression, la partie concave de la courbe rend compte d’interactions adsorbant/adsorbat fortes. La quantité maximale asorbée dépend du volume microporeux disponible. o Les isothermes de type II et III sont représentatives de l'adsorption sur des solides non poreux ou macroporeux (diamètre des pores supérieurs à 50 nm). Elles sont caractérisées par une adsorption monocouche / multicouche illimitée à saturation. Dans le cas de l'isotherme de type II, le point d'inflexion de l'isotherme à basse pression relative correspond au remplissage de la monocouche. L'isotherme de type III (peu répandue) caractérise des interactions faibles entre l’adsorbant et l’adsorbat. o Les isothermes de type IV rendent compte de l'adsorption sur des solides mésoporeux (diamètre des pores compris entre 2 et 50 nm). A saturation, le processus d'adsorption est limité. Elles présentent une boucle d'hystérèse, associée à un phénomène de condensation capillaire de l'adsorbat dans les mésopores. Dans le domaine des basses pressions, l’allure des isothermes de type IV se rapproche de celle des isothermes de type II. o Les isothermes de type V sont assez peu communes, elles sont représentatives de 12
n n Chapitre 1 : Adsorption d'un gaz sur un solide l’adsorption sur certains solides poreux. Dans le domaine des basses pressions, l’allure des isothermes de type V se rapproche de celle des isothermes de type III avec des interactions faibles entre l’adsorbant et l’adsorbat. o Les isothermes de type VI sont caractéristiques d'une adsorption multicouche par paliers sur une surface uniforme non-poreuse. La hauteur des différents paliers représente la capacité de chacune des couches adsorbées. P/P0 P/P0 P/P0 P/P0 Figure 1.1 : Classification des isothermes d'adsorption selon l'IUPAC [13]. 13 P/P0 P/P0
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