Étude physico-chimique des propriétés de surface de silices polymorphes

Abstract

Utilisant principalement la technique de gravimétrie, nous avons étudié l'adsorption en phase gazeuse de quelques molécules-sondes sur une variété de matériaux présentant, soit un intérêt vis-à-vis les applications industrielles, soit un risque potentiel en milieu de travail. Les matériaux étudiés regroupent: des silices cristallines (quartz, cristobalite) et amorphes, des silicates amorphes (laitiers de hauts fourneaux), quelques silicates fibreux (amiante chrysotile, crocidolite et amosite) et une zéolite de type Y. Le choix des matériaux visait à mettre en évidence certains aspects identifiés d'intérêt potentiel tels la distribution de l'énergie des sites d'adsorption, le caractère acido­basique des sites à la surface de divers matériaux et la relation entre la porosité et les dimensions fractales de ces matériaux. Notre travail visait également à établir les différences, si elles existent, dans les réactivités superficielles des silices amorphes et cristallines. Dans cette optique, nous avons choisi d'étudier l'adsorption de l'azote à 77.3K et de quelques autres molécules dont le tétrachlorure de carbone, le tert­butanol et la pyridine à 298K. Les isothermes d'adsorption ont donc été analysées pour déterminer les paramètres énergétiques standard RTlnC (C : constante BET) et ΔG₀.₅, le potentiel d'adsorption à la moitié de la monocouche. Les isothermes d'adsorption de l'azote ont servi au calcul des surfaces spécifiques et également à l'obtention des distributions de l'énergie des sites. Ces distributions de sites ont été discutées en termes de groupements ponctuels sur la surface constituée notamment de ponts siloxane et de silanols. Les isothermes mesurées pour l'azote et le tétrachlorure de carbone ont de plus été utilisées pour calculer les dimensions fractales de surface des divers matériaux. Les isothermes d'adsorption de la pyridine (molécule basique) ont été utilisées pour établir une échelle de l'acidité relative des sites à la surface des polymorphes de silice. Enfin, les isothermes d'adsorption des différentes molécules-sondes ont également été obtenues pour certains échantillons d'amiante. Dans ce cas, on doit tenir compte de la présence de micropores dans l'interprétation des résultats.