Protocoles de synthèse de mordénite

II.3 Mordénite

Figure 2.11: Chemise en téflon et bombe en acier utilisées pour la synthèse des mordénites

Figure 2.12 : Cristaux de mordénite synthétisés selon le Protocole 1 (~180µm×120µm×60µm).

Tableau 2.7: Résultats des synthèses avec des différents contre-ions

N° Source Tcrist. (jour) Taille maximale des cristaux (µm)

1 Al(NO3)3 57 250×150×70

2 Al2(SO4)3 61 280×200×70

3 NaAlO2 58 40×40×30, aiguilles

4 Al(OH)3 (gel) 52 Pas de cristaux

Figure 2.13: Image au microscope optique d’un cristal de mordénite synthétisé sans alcool (la longeur maximale est ~100 µm selon [010])

II.3 Mordénite

II.3.4 Protocoles de synthèse de mordénite

Les cristaux de mordénite de grande taille (l

= 42 µm) sont synthétisés selon le

protocole de Sano et al. (2001) en présence de 1-BuOH. Ce protocole a été optimisé au

LCM

B. par V. Coulibaly et A. Bouché qui ont obtenu des cristaux nettement plus grands

(140 µm × 100 µm × 30 µm) en diminuant la température de cristallisation de 160°C à 150°C,

et en introduisant la silice pulvérulente dans le gel de synthèse. Ce protocole est utilisé au

cours de ce travail (Protocole 1). Afin d'augmenter encore la taille des cristaux, nous avons

réalisé des synthèses avec un mûrissement séparé des solutions silicatée et aluminatée

(Protocole 2). Pour tester les propriétés d'adsorption, des synthèses sans alcool ont été aussi

préparées (Protocole 3).

II.3.4.1 Protocole 1

Dans 3,33 mol d'eau distillée préchauffée dans un bain-marie à T~60°C on ajoute sous

agitation magnétique 0,058 mol de soude (NaOH, Carlo Erba, 99 %), 0,002 mol de nitrate

d'aluminium (Al(NO

)

×9H

O, Riedel de Haën), 0,067 mol de silice pulvérulente (Merck,

99%) et 0,017 mol de silice colloïdale (Riedel de Haën, 99 %). On laisse le gel mûrir sous

agitation magnétique à T

~60°C pendant environ une heure avant l’ajout de 0,125 mol de

1-BuOH (Fluka). L’ensemble est transféré dans une « chemise » en téflon (volume de 130 ml),

placée elle-même dans une bombe en acier (Figure 2.11) et est déposée dans un four à

T

=150°C. Après environ 21 jours, la totalité du gel est consommée et il ne reste plus

qu'une solution transparente et un agglomérat cristallin incolore.

Les cristaux sont rincés sur un dispositif d'ultrafiltration (∅

~ 0,2 µm) avec ~500

ml d'eau distillée puis laissés à sécher en étuve à 70°C. Ce protocole mène à la formation de

cristaux de la phase mordénite pure, de morphologie prismatique (Figure 2.12) et de deux

tailles (en moyenne les cristaux sont de ~140 µm × 100 µm × 40 µm et ~ 80 µm × 60 µm × 30

µm).

Diverses durées de mûrissement du gel, compris entre 0 et 14 h ont été testés. La durée

optimale est de 2-3 h (cristaux de taille maximale 200 µm × 150µm × 40µm). Un

mûrissement de 14 h diminue significativement la taille des cristaux (l

~ 80 µm).

II.3.4.2 Protocole 2

D'après Hincapie et al. (2004), les cristaux de mordénite sont plus grands lorsque la

silice est bien dissoute avant d’être mélangée avec la solution d'aluminate de sodium. Nous

avons donc modifié le protocole 1 en séparant la préparation des deux solutions de silicate et

d’aluminate.

Solution de silicate de sodium (A)

Dans un bain-marie préchauffé à environ 60°C et sous agitation magnétique, 0,045

mol de soude (Carlo Erba, 99 %) est dissoute dans 2,78 mol d’eau distillée, puis 0,067 mol de

silice pulvérulente (Merck, 99 %) est introduite progressivement et enfin 0,017 mol de silice

Cabosil (colloïdale) (Riedel de Haën, 99 %). On laisse le gel mûrir pendant 2 h jusqu’à

l’obtention d’une solution transparente.

Solution d’aluminate de sodium (B)

La solution aqueuse est préparée en dissolvant 0,013 mol de soude (Carlo Erba, 99 %)

dans 0,56 mol d’eau distillée où on ajoute 0,002 mol de nitrate d'aluminium (Al(NO

)

×9H

O,

Riedel de Haën) dans un bain-marie (~60°C) et sous agitation magnétique.

Le mélange des solutions A et B forme un gel blanc et opaque. Après

homogénéisation pendant 15 mn, on y ajoute 0,125 mol de 1-BuOH (Fluka) qui surnage au

dessus du gel. Le gel est transvasé dans une bombe en acier préchauffée à 150°C, puis déposé

dans un four à T=150°C. Après 60 jours de synthèse, tout le gel est consommé. Globalement,

la qualité des cristaux obtenus est très mauvaise: de nombreux cristaux sont cassés ou

agglomérés et les cristaux semblent globalement plus fragiles que ceux produits dans le

Protocole 1. On obtient néamoins quelques grands cristaux (~250 µm × 150 µm × 70 µm) de

bonne qualité, ce qui rend le protocole 2 intéressant pour des études DRX.

Utilisation des différentes sources d’aluminium (Influence du contre-ion)

Le protocole précédent est utilisé pour tester l'influence du contre-ion apporté par la

source d'aluminium sur le produit final (Tableau 2.7).

Les cristaux les plus grands sont obtenus avec le contre-ion SO

mais les cristaux

sont globalement de mauvaise qualité (cristaux cassés). Ces résultats sont en accord avec ceux

de Shaikh et al. (1993) qui ont également noté que les anions sulfates favorisent la formation

de grands cristaux prismatiques.

II.3.4.3 Protocole 3

Afin de tester les propriétés d'adsorption des cristaux, nous avons modifié le protocole

1 en supprimant l’alcool. La durée typique de synthèse est conservée (~20 jours) mais la

morphologie des cristaux est différente (prismes allongés selon b et fins selon l'axe c, Figure

2.13) et se rapproche de celle reportée par Simoncic & Armbruster (2004) et Lozano-Castello

et al. (2006) ou encore de celle des cristaux commerciaux, réputés avoir une meilleure

capacité d'adsorption que les cristaux synthétisés en présence d’alcool (Sano et al., 2001 ;