Pompe à chaleur à adsorption – nouveaux adsorbants

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Titre (Français)
Title (English)
Pompe à chaleur à adsorption – nouveaux adsorbants
Adsorption heat pump using innovative adsorbents
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Personne proposant le sujet
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Service
Faculté
Institut
Guy De Weireld
[email protected]
Thermodynamique et Physique mathématique
Faculté Polytechnique
Energie
Informations relatives au sujet proposé
Niveau de recherche
☒Doctorat
☐Post-Doc
5 mots-clés (français)
Pompe à chaleur, adsorption, MOF
5 keywords (English)
Heat pump, adsorption, MOF
Bref descriptif (10-15 lignes) (français)
Les pompes à chaleur à adsorption sont actuellement un marché de niche. L'efficacité et la
rentabilité de cette technologie très prometteuse dépend beaucoup de la disponibilité d’adsorbants
spécifiquement adaptés. Dans un grand nombre de domaines d'application pour les matériaux
microporeux tels que le stockage de gaz, la séparation ou la catalyse, une nouvelle famille de
matériaux poreux, les MOFs (Metal Organic Frameworks), sont envisagés à la place d’adsorbants
utilisés industriellement (par exemple les silica-gels ou les zéolites) en raison de leurs propriétés
(surface spécifique élevée, porosité ajustable et fonctionnalisation, caractère hydrophile /
hydrophobe ...). Bien que des performances sans précédent ont été mises en évidence à l'échelle
laboratoire, les percées au sein de toute application technique n'ont pas encore été pleinement
atteintes.
Les principaux objectifs de la thèse seront les suivants :
i.
Scale up (à une échelle intermédiaire (kg)) de la synthèse de MOFs stables et bon
marché adaptés pour les applications d’adsorption de l'eau, grâce à l'optimisation à
la fois de leurs conditions de synthèse et de leurs méthodes de récupération /
purification pour parvenir à une production durable de nouveaux matériaux poreux
pour les pompes à chaleur ;
ii.
Mise en forme de ces MOFs afin de pouvoir les utiliser dans les pompes à chaleur
tout en gardant leurs performances ;
iii.
Evaluation des propriétés thermodynamiques et cinétiques des matériaux pour les
applications pompe à chaleur par des mesures expérimentales et simulations d'une
pompe à chaleur à base de MOF ;
iv.
Test des matériaux sur un prototype de pompe à chaleur.
Summary (10-15 lines) (English)
Adsorption heat transformation is currently a niche market. The efficiency and cost effectiveness of
this highly promising technology depend greatly on the availability of specifically tailored, highly
porous adsorbents. In large number of fields of application for microporous materials such as gas
storage and separation or catalysis, a strong interest is devoted to Metal-organic frameworks
(MOFs) instead of classical microporous materials (e.g. silica-gels or zeolites) due to their fascinating
physico-chemical properties (high specific surface, tunable porosity and framework
functionalization, hydrophilic/hydrophobic balance…). Although unprecedented performances have
been demonstrated at the laboratory scale the breakthroughs within any technical application have
not yet been fully achieved.
This will lead to the following main objectives:
i.
ii.
iii.
iv.
the scaling up of selected stable and cheap Aluminum based MOFs, relevant for water
sorption applications, on an intermediate scale (kg), through the optimization of both
their synthesis conditions and recovery/purification methods to achieve a sustainable
production of these porous materials as next generation sorbents for heat pumps or
chillers.
optimization of the shaping of these MOFs to facilitate a proper handling and take full
advantage of the material’s properties.
the capabilities, usability and viability of these new materials for exegetical applications
through adsorption measurements and simulations of a MOF-based thermally driven
heat pumps and adsorption chillers.
a MOF-based adsorption heat pump as the final goal of the project.