dans les zéolithes par traitement plasma non-thermique
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dans les zéolithes par traitement plasma non-thermique
Sujet master 2- E4-2016 Développement d'un plasma non-thermique dans un liquide: valorisation de produits issus de la biomasse Catherine Batiot-Dupeyrat (E4, IC2MP), Elodie Fourré (E4, IC2MP), Christophe Louste (PPrime) Financement : ACI PPrime-IC2MP Contacts : E4 : [email protected], [email protected], PPrime : [email protected] Contexte La technologie des plasmas non thermiques appliquée aux liquides a reçu un développement considérable ces deux dernières décennies du fait de ses nombreuses applications, en particulier dans le domaine de la purification de l’eau. D’autres applications émergent, en particulier liées à l’énergie et à la chimie fine où le plasma non thermique trouve sa place grâce à ses nombreux avantages, comme sa faible consommation énergétique et sa forte réactivité chimique liée aux espèces actives de la décharge. La conversion de composés liquides tels que des alcools ou des hydrocarbures légers par plasma froid pour produire de l’hydrogène n’en est qu’à ses débuts mais laisse entrevoir des perspectives intéressantes. Outre l’intérêt d’obtenir de l’hydrogène à partir d’un liquide par un procédé fonctionnant à température ambiante, à pression atmosphérique, et ne nécessitant pas de mise en régime, la technologie plasma peut s’avérer également d’un grand intérêt pour former des produits à plus haute valeur ajoutée à partir de sources carbonées renouvelables car issues de la biomasse. Objectif de l’étude Dans ce contexte l’objectif principal du programme de recherche est de développer une décharge plasma dans un liquide pour produire de l’hydrogène et/ou des composés à plus haute valeur ajoutée à partir de produits issus de la biomasse. La réactivité de l’éthanol sera étudiée ainsi que la transformation potentielle d’un polyalcool tel que le glycérol. Les produits visés sont non seulement l’hydrogène mais aussi les co-produits de réaction qui peuvent s’avérer être des molécules plateforme pour la chimie. Ainsi par déshydrogénation de l’éthanol la formation d’acétaldéhyde ou encore d’acide acétique est envisageable, de même que la formation de produits de déshydratation à partir de glycérol tel que l’hydroxyacétone. L’ensemble de ces produits étant d’intérêt pour le secteur de la chimie. L’oxydation ménagée de produits tels que des mono ou poly-alcools, facilement extraits de la biomasse, est un enjeu important dans le contexte actuel d’une demande de plus en plus axée sur la synthèse de produits biosourcés. Or les recherches dans le domaine de l’utilisation d’un plasma non-thermique pour effectuer de telles réactions ne sont encore que très peu développées et de nombreux verrous demandent encore à être levés. Aussi, dans le cadre de ce programme, nous proposons de réaliser un travail important sur la conception d’un réacteur « type » capable de générer des décharges dans un liquide. Méthodologie Des essais préliminaires mettant en évidence la faisabilité d’un tel procédé ont été réalisés conjointement entre l’équipe de PPrime et celle de l’IC2MP dans le cadre de deux stages (Pierre Chabernaud 2013 et Rémy Llauberes 2014). Il a ainsi été mis en évidence la formation d’hydrogène à partir de n-heptane placé dans une décharge. Toutefois, il n’a pas été possible de poursuivre l’étude jusqu’à la quantification de l’hydrogène libéré ni d’analyser complètement le contenu de la solution liquide après test. Il convient à présent de poursuivre le travail de recherche en proposant notamment une géométrie de réacteur adaptée à la problématique de la décharge en phase liquide. La définition d’un tel réacteur sera discutée entre les partenaires compte tenu de l’expérience acquise dans ce domaine. Différents réacteurs seront développés à Pprime et feront l’objet d’une étude élémentaire. En effet, une des clés de la réussite d’un tel réacteur est de pouvoir contrôler et stabiliser la décharge en phase liquide. Les plasmas dans les liquides sont plus complexes que leurs homologues en phase gaz. Souvent le liquide est utilisé comme électrode et cette dernière peut se retrouver déformée ou transformée chimiquement. Cela ajoute une complexité significative en comparaison avec les plasmas froids en phase gazeuse. Le choix des électrodes (nature et géométrie) sera donc déterminant pour l’efficacité du dispositif. De plus la nature même de l’électrode métallique pourra orienter la réaction chimique et constituer un catalyseur pour la réaction. Il est en effet connu que le nickel et le fer sont des métaux actifs en production d’hydrogène par catalyse thermique classique, le rôle de ses éléments dans les conditions réactionnelles d’un plasma non-thermique sera étudié dans le cadre de ce programme. Les tests réactionnels seront réalisés à l’IC2MP. Le laboratoire dispose pour cela d’un générateur impulsionnel Haute Tension et des outils analytiques nécessaires pour le diagnostic électrique (sondes de tension, oscilloscope) et l’analyse des produits de réaction. Les rendements en hydrogène seront évalués par analyse chromatographique (microGC), et les sous-produits liquides et gazeux seront identifiés par GC-MS (pôle instrumentation de l’IC2MP) puis quantifiés par HPLC et/ou chromatographie phase gazeuse. Les premiers tests seront réalisés sur l’éthanol qui servira de molécule modèle pour valider le réacteur plasma.