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CHAPITRE 6. EVALUATION DES PROPRIETES D’ADSORPTION DES FAUJASITES NaX etNaY VIS-A-VIS DU CO : SIMULATIONS MONTE CARLO DANS L’ENSEMBLE GRANDCANONIQUEattribuées uniquement aux atomes d’oxygène. Les valeurs correspondantes à ces paramètressont représentées dans le tableau ci-dessous.Pair d’atomes A(eV) (Å) C (eV.Å 6 )Na – O z 8200 0.218 11.8Tableau 2. Paramètres du potentiel de type Buckingham développé par Ramsahye et Bell 18 pour décrire lesinteractions entre les cations de Na + et le réseau de la zéolithe par l’intermédiaire de ses atomes d’oxygèneuniquement.Le potentiel de répulsion-dispersion utilisé pour décrire les interactions des moléculesde CO entre elles est celui qui a été présenté dans le paragraphe précédent (c.f. II.2), quiconsiste en un terme de type Lennard-Jones dont les paramètres ont été développés par Straubet Karplus 35 (Tableau 1).Un potentiel de type LJ (Équation 1) a été aussi utilisé pour décrire l’interaction duCO avec les atomes du réseau des faujasites. Il s’agit de traiter l’interaction à la fois del’atome de carbone et de l’atome d’oxygène du CO avec les atomes d’oxygène du réseauzéolithique. Les paramètres correspondants à ce potentiel (Tableau 3) ont été pris d’un travailprécédent de Maurin et al 7 décrivant l’interaction du CO 2 avec les atomes d’oxygène deszéolithes NaY et NaX.Paire d’atomes (eV) (Å)C (CO) -O z 0.00363 3.90O (CO) -O z 0.00600 3.48Tableau 3. Paramètres du potentiel de type Lennard-Jones développé par Maurin et al. 7 pour décrire lesinteractions entre les molécules de CO et le réseau de la zéolithe, simplifié par ses atomes d’oxygènesuniquement.Le dernier type d’interactions est celui existant entre le monoxyde de carbone et lescations de sodium. Il n’existe dans la littérature aucun potentiel décrivant cette interaction.Nous nous attendons à ce que la précision des calculs des propriétés thermodynamiquesd’adsorption de CO repose sur une bonne représentation de ces interactions, puisque commenous l’avons rappelé dans les chapitres précédents, l’adsorption de cette molécule s’effectuepréférentiellement sur les cations extra-réseau. Il était donc notre rôle de développer unpotentiel robuste capable de décrire avec le plus de précision possible l’interaction Na/CO.206
CHAPITRE 6. EVALUATION DES PROPRIETES D’ADSORPTION DES FAUJASITES NaX etNaY VIS-A-VIS DU CO : SIMULATIONS MONTE CARLO DANS L’ENSEMBLE GRANDCANONIQUEDans une étude récente de Plant et al. 8d’adsorption des faujasites échangées aux Na +consacrée à l’exploration des propriétésvis-à-vis du CO 2 , un nouveau potentieldécrivant l’interaction de l’adsorbat avec les cations de sodium a été paramétré à l’aide descalculs quantiques du type DFT. Au lieu de considérer l’approche précédente qui consistait àplacer l’ion Na + dans un ensemble de charges ponctuelles représentant la fenêtre 6T de lazéolithe 7 , ces auteurs ont établi leur nouveau champ de force en choisissant un clusterapproprié permettant de prendre en compte la présence du réseau de la zéolithe. L’utilisationde cette approche plus sophistiquée a fourni des améliorations significatives par rapport à lastratégie suivie précédemment, notamment en ce qui concerne les valeurs des enthalpiesd’adsorption à faible taux de recouvrement qui ont pu être calculées à partir de cette nouvelleparamétrisation.Partant de ces résultats, nous avons décidé de nous inspirer de la méthode suivie par Plantet al. afin de paramétrer notre potentiel décrivant l’interaction du CO avec les cations de Na + .Comme je l’ai abordé dans l’introduction de ce chapitre, l’originalité de notre travail résidedans le fait que nous avons paramétré deux potentiels pour décrire l’interaction Na + /CO endistinguant les cations occupants les différents sites cristallographiques. En effet, nous avonsvu au chapitre 1 que dans la faujasite, ainsi que dans toute autre zéolithe, les cations extraréseaune sont pas répartis au hasard au sein du matériau, mais placés dans des sitescristallographiques bien déterminés. Les sites qui nous intéressent dans notre étude sont ceuxde la supercage, large cavité de la faujasite, dans laquelle se fait l’adsorption de CO. Dans lecas de la faujasite Y, ce sont les sites II qui sont les sites essentiellement occupés. Alors quedans la faujasite X, les deux sites II et III’ peuvent être peuplés, avec environ la mêmeproportion. Du fait que la coordination et l’environnement chimique des cations placés en siteII et en site III’ diffèrent, on peut s’attendre à ce que ces cations jouent un rôle différent lorsde l’adsorption de CO. Pour cela nous avons trouvé qu’il était indispensable, dans le cas oùune diversité de cations existe, que le champ de force en tienne compte. Dans ce but, nousavons donc paramétré un potentiel d’interaction Na + /CO pour chaque type de sites Na + (SII) etNa + (SIII’).En regroupant les paramètres correspondant à chacune des interactions citées ci-dessus(Na + /O z , CO/O z , Na + /CO (Na + SII/CO et Na + SIII’/CO), et CO/CO), deux champs de force ont étéfinalement établis qui ne diffèrent que dans le terme décrivant l’interaction du CO avec lescations Na + . Dans le premier champ de force, qui était destiné à décrire l’adsorption du CO207
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