The effect of seeding on the properties of alumina supported MFI membranes was investigated in this study. Membranes were synthesized from clear solutions with a molar batch composition of TPAOH:9.80SiO2:0.025NaOH:0.019Al2O3: 602.27H2O:39.16C2H5OH on bare and seeded alumina supports at 130oC in autoclaves. The amount of seed on the support surface was changed between 0.6 mg/cm2 and 6.9 mg/cm2 by vacuum seeding method, which provided uniform and closely packed seed layers. Membranes were characterized by XRD and SEM, and by measuring single gas permeances of N2, SF6, n-C4H10 and i-C4H10. The quality of membranes was evaluated on the basis of N2/SF6 ideal selectivity. Membranes, which showed N2/SF6 ideal selectivity higher than 40, were considered to be good quality, comprising few defects. Good quality membranes were also used to separate butane isomers. Membranes synthesized on seeded supports had compact and uniform MFI layer if the seed amount is less than 1.0 mg/cm2 on the support surface. Membranes that were synthesized on the supports coated with higher amount of seed crystals showed an asymmetric structure with a dense and uniform MFI layer at the top, the support at the bottom and a seed layer between. Half of the membranes synthesized on seeded supports had N2/SF6 ideal selectivity higher than 40. These membranes exhibited n-C4H10/i-C4H10 separation selectivities between 5 and 27 and 8 and 21 at room temperature and at 200oC, respectively. High ideal and separation selectivities showed that membranes did not include non-zeolitic pores. Membranes synthesized on bare support had non-uniform MFI layer. Those membranes showed N2/SF6 ideal selectivities below Knudsen selectivity, indicating the existence of large non-zeolitic pores in the MFI layer.

Ces travaux portent sur la conception et le développement d’un procédé membranaire de captage/stockage du CO2 embarqué pour le transport routier. Dans une première partie, nous réalisons la simulation d’un procédé membranaire embarqué de captage du CO2 dans le cas d’un poids lourd (>3500 kg). Ceci comprend l’analyse énergétique de la séparation et de la compression des gaz, l’évaluation des surfaces et volumes requis ainsi que l’autonomie de l’unité de stockage et la surconsommation engendrée par ce dispositif. Nous étudions dans un second temps la relation entre qualité des supports fibres creuses et celle des membranes nanocomposites MFI-alumine synthétisées. Nous nous intéressons ensuite aux performances des membranes nanocomposites dans la séparation CO2/N2 en phase gazeuse. Plus particulièrement nous évaluons l’influence de la substitution isomorphique du silicium par le bore et le germanium, ainsi que l’échange du proton de valence par d’autres atomes, sur la séparation en question. Un chapitre est dédié à l’évaluation des paramètres thermodynamiques (adsorption) et cinétiques (diffusion) de la séparation CO2/N2. Enfin, nous analysons l’influence de la présence de polluants dans le mélange à séparer (eau, NOx, hydrocarbures) sur les performances séparatives des membranes synthétisées. / This work focuses on the conception and development of a membrane-based process for an on-board CO2 capture/storage application. In a first part, we simulate an on-board CO2 capture unit based on a membrane process for the case study of a heavy vehicle (>3500 kg). This study includes an energy analysis of the impact of gas separation and compression on the required membrane surface and module volume, as well the autonomy of the storage unit and the energy overconsumption involved in the process. In a second part, we study the influence of the hollow-fibre support quality on the final intergrowth level of nanocomposite MFI-alumina membranes. Special attention is devoted to the influence of the isomorphic substitution of silica by boron and germanium, and replacement of the counter-cation (proton) by other elements, on the CO2/N2 separation and permeance properties. Next, a complete chapter has been devoted to the evaluation of the thermodynamic (adsorption) and kinetic (diffusion) parameters in the CO2/N2 separation. Finally, we analyze the influence of standard pollutants (water, NOx, hydrocarbons) on the CO2 separation properties of the synthesized membranes.

Cette étude se situe dans le cadre des recherches menées par le CEAEA sur la production massive d'hydrogène, sans émission de gaz à effet de serre, via un cycle thermo-chimique de décomposition de l'eau couplé à une source de chaleur à haute température d'origine nucléaire. Dans le cas particulier du cycle dit« Iode-Soufre», on doit extraire H2 à partir d'un mélange H2/HI/H20 très corrosif, opération pour laquelle des procédés membranaires ont été proposés. L'objectif de ce travail est le développement de membranes zéolithiques de type MFI susceptibles d'être utilisées dans ce contexte. Nous présentons les différents matériaux utilisés, la méthodologie de synthèse de couches minces de Silicalite-1 et de ZSM-5 synthétisée sans structurant organique, les techniques de caractérisation des membranes. Une étude cinétique nous a permis d'optimiser et de contrôler les conditions d'obtention de ces couches minces déposées sur des substrats tubulaires en Ti02 et plans en Al2O3-α. De nombreuses expériences de perméation ont été réalisées, pour des gaz simples (H2, He, Ar, N 2, C02, SF6) et des mélanges gazeux (H2/H20/Ar) et (H2/H20/HI/Ar). Les effets de la température, de la pression amont, de l'épaisseur et de la longueur de la couche mince ainsi que du gaz vecteur ont été étudiés en détail. Il apparaît que la présence de molécules d'H20 dans le système joue un rôle prépondérant sur la perméation des autres molécules. / In the general context of massive and "carbon free" hydrogen production studies, the aim of this work was the development of zeolitic MFI membranes for hydrogen extraction and separation. The methodology of synthesis, the membranes characterization techniques as well as the permeation experimental setup are presented. Optimization and control of the elaboration of Ti02 supported Silicalite-1 and template free ZSM-5 membranes have been reached. Details of the full kinetic study that we performed are given. Numerous permeation experiments, involving pure gas (H2, He, Ar, N2, C02, SF6) and mixtures (H2/H20/Ar) and (H2/H 20/HI/Ar) have been carried on. The effects of temperature, feed pressure, thickness and length of the membranes, as well as the role of the sweeping gas have been emphasized. In the case of gas mixtures, the presence of H20 molecules appears to be a predominant factor.