Procédés de synthèse

Les procédés de synthèse des particules fournis par notre partenaire industriel étant confidentiels, nous présenterons brièvement quelques procédés existant et dans une dernière partie nous définirons le procédé de synthèse hydrothermale. Celui permettra de produire une partie des particules étudiées.

Il existe différents procédés de synthèse de la boehmite cités dans la littérature. Il semble simple d’arriver à la précipitation de cet oxyhydroxyde d’aluminium mais plutôt difficile d’obtenir un produit pur au sens structural. De plus il est assez fréquent d’obtenir une co- précipitation de bayérite, pseudo boehmite et boehmite(Pernot-Gehin 2007).

Les différentes méthodes de synthèse qui permettent d’obtenir de la boehmite sont les suivantes :

• Hydrolyse d’alkoxyde d’aluminium (Yoldas 1973, Yoldas 1975b, Yoldas 1975c, Yoldas 1975a; Music et al. 1999),

• Technique des deux émulsions inverses (Naskar & Chatterjee 2005),

• Spray pyrolyse (Gurav et al. 1993; Messing et al. 1993; Pratsinis & Vemury 1996). Pour chacune de ces méthodes, des paramètres tels que la température, la concentration des réactifs, l’agitation doivent être strictement contrôlés pour aboutir à la forme désirée d’hydroxyde d’aluminium.

I.2.2.1.

_{Procédé sol-gel de B.E. Yoldas}

La méthode la plus couramment employée pour la synthèse de boehmite est la méthode mise au point par B.E. Yoldas (Yoldas 1973, Yoldas 1975b, Yoldas 1975c, Yoldas 1975a; Music et al. 1999). Ce procédé sol-gel se décompose en 3 étapes principales (Figure 37):

• Hydrolyse (et condensation) d’un alkoxyde d’aluminium avec un excès d’eau pour former un hydroxyde d’aluminium

• Redissolution du précipité obtenu par peptisation acide pour former le sol

Chapitre I : Etude bibliographique

Figure 37: Conditions optimales pour la précipitation de boehmite suivant le procédé sol-gel de B.E. Yoldas(Pernot-Gehin 2007)

I.2.2.2.

_{Techniques des deux émulsions inverses}

L’avantage de cette méthode est de produire des nanoparticules de boehmite. La figure suivante(Figure 38) montre les principales étapes de cette méthode.

Figure 38: Diagramme de la formation de nanoparticules de boehmite (Naskar & Chatterjee 2005)

Cette méthode s’appuie tout d’abord sur la fabrication de solutions de nitrate d’aluminium et du solvant qui est un mélange de cyclohexane avec du span 80 (sorbitane monooléate ayant une balance hydrophile-lipophile de 4.3, il est utilisé comme émulsifiant dans cette synthèse). La seconde étape consiste à préparer une émulsion A inverse (w/o) de solution de nitrate d’aluminium. Celle-ci est préparée à température ambiante par ajout d’une solution de sel au solvant dans un récipient en verre fermé sous agitation de 500 rpm. Le ratio en volume de sel/ solvant est de ¼.

Ensuite l’émulsion B est préparée à son tour par ajout à température ambiante d’une solution d’ammoniac dans le solvant dans un récipient en verre sous agitation de 500 rpm. Le ratio en volume de la solution d’ammoniac/solvant est de ¼.

Les deux émulsions sont conservées dans un bain d’huile de 90°C et gardées à cette température pendant 10 min sous agitation de 500 rpm. Lorsque la température de 90°C est obtenue, l’émulsion B est rapidement ajoutée à l’émulsion A toujours sous agitation pour obtenir une simple émulsion inverse (w/o) suivie d’une précipitation simultanée de précurseur de poudres. L’agitation est maintenue pendant les 10 minutes suivantes après que le flacon de

Chapitre I : Etude bibliographique

sont obtenues par ajout d’un volume connu d’acétone. La séparation immédiate des particules se produit alors, et les particules peuvent être collectées après centrifugation à 6000 rpm. Afin d’enlever les dernières traces d’impuretés cette procédure est répétée 2 fois. Les particules lavées sont séchées à 100°C et les nanopoudres de boehmite sont alors obtenues (Naskar & Chatterjee 2005).

I.2.2.3.

_{Spray pyrolyse}

La technique de spray pyrolyse est un procédé couramment utilisé pour former une large variété de matériaux sous forme de poudre dont les métaux, les oxydes métalliques, les céramiques, les supraconducteurs, les fullerènes. Le spray pyrolyse offre des avantages spécifiques par rapport à d'autres procédés de transformation gaz-particules, solides ou liquides. Il y a comme avantages une pureté supérieure, une meilleure uniformité de la composition chimique, une étroite distribution de taille, une meilleure régularité dans la forme et la synthèse de matériaux multi-composants. Un autre avantage est la relative simplicité du procédé (Messing et al. 1993; Gurav et al. 1993; Pratsinis & Vemury 1996) (Figure 39).

La solution de précurseur est préparée selon la méthode établie par Yoldas B (Yoldas 1975a, Yoldas 1975c). L’aluminium-tri-sec-butoxyde est ajouté à l'eau distillée (300 mL) à 80°C. Après 2 h d’agitation, l'acide nitrique est ajouté comme agent peptisant.Ce sol est très stable. Avant le traitement, le sol est dilué à la concentration 0,2 mol / L de Al3+.

Le dispositif spray pyrolyse est schématisé dans la figure suivante. L’aérosol est généré par des vibrations ultrasonores d'une pastille piézo-électrique (2,4 MHz) immergée dans la solution de précurseur. Les gouttes sont recueillies par un flux d'air (0.3m3 / h) et entraînées dans une aire de séchage maintenue à 100 - 120 ° C, puis dans une zone de décomposition- densification où la température est maintenue à une valeur pouvant aller jusqu'à 1200 °C. Les collections de poudres sèches sont obtenues par un collecteur électrostatique.

Le temps de séjour des gouttelettes dans la zone de chauffage est d'environ 3-4 s. Les réacteurs sont en pyrex ou en quartz en fonction de leur température de travail. Le flux (gaz vecteur + solvant et décomposition vapeurs de produits + particules solides) est ensuite élaboré dans un précipitateur électrostatique composé de deux plaques de collection dans un tube de quartz. Un fil métallique de 5 mm est maintenu à 12 kV. Le flux dans le précipitateur est maintenu à environ 130 ° C. 500 ml de précurseurs sont pulvérisés en 4 heures, ce qui donne environ 5 g de boehmite hydratée.

Figure 39: Schéma du dispositif de

I.2.2.4.

_Synthèse

Au cours d’une première étape des hydroxydes d'aluminium amorphes ont été précipités à partir de nitrate d'aluminium et de soude, avant d’être cristallisés dans différentes conditions hydrothermales (étape 2), en contrôlant la température et le temps de mûrissement principalement, afin d'avoir une gamme de taille de particules

: Schéma du dispositif de Spray Pyrolyse(Caiut et al. 2009)