Production de masses oxydo-réductrices à partir d'hydrotalcites pour la séparation de dioxyde de carbone

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Production de masses oxydo-réductrices à partir d’hydrotalcites pour la séparation de dioxyde de carbone

Les procédés thermochimiques tels que la combustion en boucle chimique ou CLC pour « chemical looping combustion » font partie des approches considérées prometteuses pour réduire le coût économique et énergétique de la capture du CO₂. Le procédé CLC ne nécessite pas de séparation de l'air pour la production d'oxygène, et une concentration élevée de CO₂ sans N₂ peut être produite directement.

Le procédé CLC utilise des porteurs d'oxygène pour absorber et libérer de l'oxygène de manière cyclique (cycles successifs d'oxydation-réduction) à haute température. Ces porteurs sont usuellement constitués d’oxydes mixtes à base de nickel, cuivre, manganèse, fer ou cobalt.

L’objectif du stage sera de préparer des oxydes mixtes en utilisant des hydroxydes doubles lamellaires (HDL) multi-métalliques comme précurseurs, ces derniers étant attractifs en raison de leur versatilité dans l’incorporation des différents métaux tout en permettant un contrôle morphologique et structurel.

Description

Les hydrotalcites ou hydroxydes doubles lamellaires sont des matériaux argileux anioniques comprenant diverses combinaisons d'hydroxydes métalliques intra-couches et d'anions inter-couches. La formule générale des HDL est [MII_1-xMIII_x (OH)₂]^x+(A^n-)_x/n. mH₂O, où MII est un cation divalent, MIII un cation trivalent et A^n- un anion compensateur de charge.

Le stage propose d’étudier la synthèse des HDL intégrant jusqu’à 4 cations différents d’intérêt pour le procédé (CLC). La synthèse des HDL sera réalisée par la méthode de co-précipitation. Les matériaux obtenus seront caractérisés par des techniques classiques pour obtenir des informations sur la cristallinité et les paramètres cellulaires (DRX), la nature de l'anion d'intercalation (IR), la surface spécifique (adsorption de N₂), l'analyse élémentaire (ICP) et les propriétés de stabilité thermique (ATG).

D'autres techniques de caractérisation avancées telles que la RMN, l'IR in situ, la DRX in situ pourraient être proposées.

Le stage comprendra trois parties principales :

1. revue de la littérature sur les HDL et leurs applications dans des procédés thermochimiques (articles, brevets, etc.),
2. synthèse et caractérisation des HDL,
3. compréhension des transformations structurelles et morphologiques des HDL.

Profil recherché

Master 2, 3^ème année d’école d’ingénieur en Sciences chimiques, sciences des matériaux, sciences analytiques, génie chimique