"Procédé de préparation de gel de carbonate de calcium "Process for preparing calcium carbonate gel
et produit ainsi obtenu." and the product thus obtained. "
La présente invention est relative à un procédé de préparation de gel de carbonate de calcium et aux produits obtenus à l'aide d'un tel procédé. The present invention relates to a process for the preparation of calcium carbonate gel and to the products obtained by means of such a process.
Il est connu de préparer des gels de carbonate de calcium à partir d'une réaction entre de la chaux vive (CaO) et du méthanol absolu (sans eau), avec formation d'un méthanoiate suivie d'une injection de C02 pour donner un diméthyl carbonate de calcium qui par réaction avec l'eau produit un carbonate de calcium et du méthanol. Ensuite, le gel obtenu peut être soumis à un séchage par du CO2 de façon à former un aérogel de carbonate de calcium sous la forme d'un précipité de particules de vatérite de taille nanométrique agrégé pour former un réseau de type aérogel (voir par exemple J. Plank et cons., Préparation and Characterization of a Calcium Carbonate Aérogel, Hindawi Publishing Corporation, Research Letters in Materials Science, 2009, Article ID 138476 ; A. Buzagh, Ueber kolloïde Lôsungen der Erdalkalikarbonate, Kolloïd-Zeitschrift, 38, 3, p.222-226, 1926 ; E. Berner, Ûber die Einwirkung der Erdalkalioxyde auf Alkohole, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 71 , 9, p.2015-2021 , 1938). Il est cependant apparu que ce procédé de production était peu fiable, car peu reproductible. Ce manque de contrôle sur les propriétés et qualités du gel obtenu représente un handicap inacceptable lorsque l'on veut entreprendre une production à l'échelle industrielle, en particulier d'aérogels.
D'autres méthodes de préparation de gels ou aérogels à base de calcium sont connues, comme par exemple celles partant d'alginate de calcium (voir par exemple R. Horga et cons., lonotropic Alginates Aerogels as Precursors of Dispersed Oxide Phases, Applied Catalysis A, 325, 2, p.251 -255, 2007). It is known to prepare calcium carbonate gels from a reaction between quicklime (CaO) and absolute methanol (without water), with the formation of a methanolate followed by an injection of C0 2 to give a calcium dimethyl carbonate which by reaction with water produces a calcium carbonate and methanol. Then, the gel obtained can be subjected to drying with CO2 so as to form an airgel of calcium carbonate in the form of a precipitate of vaterite particles of nanometric size aggregated to form an airgel type network (see for example J. Plank et al., Preparation and Characterization of a Calcium Carbonate Airgel, Hindawi Publishing Corporation, Research Letters in Materials Science, 2009, Article ID 138476, A. Buzagh, Kolloid Ueber Lôsungen der Erdalkalikarbonate, Kolloid-Zeitschrift, 38, 3, p.222-226, 1926, E. Berner, Uber die Einwirkung der Erdalkalioxide auf Alkohole, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 71, 9, p.2015-2021, 1938). However, it appeared that this production process was unreliable because it is not very reproducible. This lack of control over the properties and qualities of the gel obtained represents an unacceptable handicap when one wants to undertake a production on an industrial scale, in particular of aerogels. Other methods for preparing calcium-based gels or aerogels are known, for example those based on calcium alginate (see, for example, R. Horga et al., Lonotropic Alginates Aerogels and Precursors of Dispersed Oxide Phases, Applied Catalysis A, 325, 2, p.251-255, 2007).
Le document EP 0 522 415 enseigne une méthode de production de carbonate de calcium par une carbonatation d'un composé à base de calcium dans de le monoéthylène glycol suivie d'une étape de maturation de ia dispersion (voir aussi, M.Ryu et cons. , Synthesis of calcium carbonate in ethanol-ethylene glycol solvent, Journal of the Ceramic Society of Japan, 1 17[1] 106-1 10, 2009). EP 0 522 415 teaches a method of producing calcium carbonate by carbonating a calcium-based compound in monoethylene glycol followed by a dispersion-ripening step (see also M. Ryu et al. Synthesis of calcium carbonate in ethanol-ethylene glycol solvent, Journal of the Ceramic Society of Japan, 17 [1] 106-1 10, 2009).
On connaît en outre depuis longtemps des gels et aérogels de silice. La réaction pour former un réseau de nanoparticules de silice est toutefois, lente et requiert l'usage de catalyseurs de polycondensation pour accélérer la production à l'échelle industrielle. Ces catalyseurs ont cependant pour effet d'altérer la qualité du gel et sa reproductibilité. Il en résulte un coût élevé des aérogels de silice. Silica gels and aerogels have also been known for a long time. The reaction to form a network of silica nanoparticles, however, is slow and requires the use of polycondensation catalysts to accelerate production on an industrial scale. These catalysts, however, have the effect of altering the quality of the gel and its reproducibility. This results in a high cost of silica aerogels.
La préparation de la majorité des aérogels de silice recourt à des précurseurs de type tétraméthyl ou tétraéthyl orthosilicate qui sont des composés hautement toxiques. The preparation of the majority of silica aerogels uses tetramethyl or tetraethyl orthosilicate precursors which are highly toxic compounds.
Pour les gels de l'art antérieur, une étape additionnelle de maturation dans une solution alcool/eau et, dans le cas des gels de silice, une étape de trempage dans l'alcool pur afin d'extraire l'eau sont nécessaires. En effet, toute trace d'eau laissée dans un gel de silice ne sera pas éliminée lors du séchage par le CO2 et conduira à un aérogel opaque et très dense. For the gels of the prior art, an additional stage of maturation in an alcohol / water solution and, in the case of silica gels, a step of dipping in pure alcohol in order to extract the water are necessary. Indeed, any trace of water left in a silica gel will not be eliminated during drying by CO 2 and will lead to an opaque and very dense airgel.
Les gels de l'art antérieur, en particulier de silice sont hydrophiles et même hygroscopiques par nature. L'absorption d'eau, notamment de i'air ambiant conduit à des modifications structurelles, à savoir à la détérioration de l'aérogel, qui requiert d'habitude des traitements chimiques préalables d'hydrophobation.
Le mécanisme réactionnel présumé des travaux de Piank et coll. est le suivant : The gels of the prior art, in particular silica, are hydrophilic and even hygroscopic in nature. The absorption of water, in particular of the ambient air, leads to structural modifications, namely to the deterioration of the airgel, which usually requires prior chemical treatments of hydrophobation. The presumed reaction mechanism of the work of Piank et al. is the next :
a) Formation d'un méthanolate au départ de chaux vive a) Formation of a methanolate from quicklime
CaO + IMeOH→ Ca(MeO)2 + H20 CaO + IMeOH → Ca (MeO) 2 + H 2 O
b) Carbonatation en diméthy] carbonate (b) Carbonation in dimethyl carbonate
Ca(MeO)1 + 2C02→ Ca(C02MeO)2 Ca (MeO) 1 + 2C0 2 → Ca (C0 2 MeO) 2
c) Production en présence d'eau d'un carbonate pour la formation d'un gel c) Production in the presence of water of a carbonate for the formation of a gel
Ca(C02MeO)2 + H20→ CaC< 3 + IMeOH + C02 Ca (C0 2 MeO) 2 + H 2 O → CaC < 3 + IMeOH + CO 2
La présente invention a pour but de proposer un procédé de préparation d'un gel qui puisse être contrôlé de manière fiable et donner ainsi lieu à des gels industriellement reproductibles. Ce procédé doit avantageusement être simple et permettre ainsi une production industrielle notamment d'aérogels stables, avantageusement à grande surface spécifique BET, qui, de préférence, sont résistants mécaniquement. It is an object of the present invention to provide a process for the preparation of a gel which can be reliably controlled and thereby give rise to industrially reproducible gels. This method must advantageously be simple and thus allow industrial production including stable aerogels, preferably with a large BET specific surface, which are preferably mechanically resistant.
Pour résoudre ces problèmes, on a prévu suivant l'invention un procédé de préparation de gel de carbonate de calcium, comprenant - une réaction entre de la chaux éteinte sous forme solide, sèche, et de l'alcool de façon à former une suspension alcoolique d'alcoolate de calcium, To solve these problems, there is provided according to the invention a calcium carbonate gel preparation process, comprising - a reaction between slaked lime in solid, dry form, and alcohol so as to form an alcoholic suspension calcium alkoxide,
- une injection de dioxyde de carbone dans ladite suspension, et an injection of carbon dioxide into said suspension, and
- une géiification de la suspension sous la forme d'un alcogel de carbonate de calcium précipité. a geiification of the suspension in the form of a precipitated calcium carbonate alcogel.
Un mécanisme réactionnel présumé selon l'invention est le suivant, dans le cas ou l'alcool est du méthanol : A presumed reaction mechanism according to the invention is the following, in the case where the alcohol is methanol:
I) Formation de méthanolate au départ de chaux éteinte I) Formation of methanolate from slaked lime
Ca(OH)2 + MeOH→ Ca(OH)(MeO) + H20 Ca (OH) 2 + MeOH → Ca (OH) (MeO) + H 2 O
II) Carbonatation en hydroxyde de méthyicarbonate II) Carbonation of Methylicarbonate Hydroxide
Ca(OH) MeO) + C02→ Ca(C02 MeO)(OH) Ca (OH) MeO) + C0 2 → Ca (C0 2 MeO) (OH)
III) Production d'un carbonate pour la formation d'un gel III) Production of a carbonate for the formation of a gel
Ca(C02MeO){OH)→ CaC03 + MeOH
L'avantage de l'utilisation d'une chaux éteinte conformément à la présente invention réside dans la haute reproductibilité et l'excellent contrôle de la qualité de la réaction entre cette chaux hydratée, solide, sèche et l'alcooi. De cette manière, la teneur en matière solide, la surface spécifique et la masse volumique apparente des gels obtenus peuvent être parfaitement contrôlés, ce qui n'était pas le cas avec la chaux vive utilisée dans l'état antérieur de la technique. Ca (C0 2 MeO) (OH) → CaCO 3 + MeOH The advantage of the use of slaked lime according to the present invention lies in the high reproducibility and excellent control of the quality of the reaction between this hydrated lime, solid, dry and alcohol. In this way, the solids content, the specific surface area and the bulk density of the gels obtained can be perfectly controlled, which was not the case with quicklime used in the prior state of the art.
Suivant l'invention, on doit entendre, par chaux éteinte (Ca(OH)2), une composition solide, sèche qui ne peut contenir que jusqu'à quelques % en poids d'eau libre. Il ne peut en aucune façon s'agir de lait de chaux, car l'eau d'une telle suspension contribuerait à une déstructuration du gel en cours de production. De préférence, la chaux éteinte mise en oeuvre est une poudre présentant des particules d'une taille inférieure à 1 mm, avantageusement inférieure à 500 pm, de préférence inférieure à 90 pm ; la plupart des particules sont supérieures à 0,5 pm. According to the invention, the term "slaked lime" (Ca (OH) 2 ) means a solid, dry composition which can contain only up to a few% by weight of free water. It can in no way be lime milk, because the water of such a suspension would contribute to a destructuring of the gel during production. Preferably, the slaked lime used is a powder having particles having a size of less than 1 mm, advantageously less than 500 μm, and preferably less than 90 μm; most of the particles are greater than 0.5 μm.
Il faut remarquer que cette composition solide de chaux éteinte, qui comprend essentiellement des particules d'hydroxyde de calcium, peut en outre comporter des impuretés habituelles d'une chaux industrielle, à savoir des phases dérivées de Si02, AI2O3, Fe203, MnO, P2O5, K20 et /ou S03, globalement à hauteur de quelques dizaines de grammes par kilogramme de chaux éteinte. Néanmoins, la somme de ces impuretés, exprimées sous la forme des oxydes précités, ne dépassera pas 5%, de préférence 3%, en particulier 2% ou même 1 % en poids de la composition solide de chaux éteinte. It should be noted that this solid slaked lime composition, which essentially comprises particles of calcium hydroxide, may further comprise the usual impurities of an industrial lime, namely phases derived from SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3. , MnO, P2O5, K 2 0 and / or S0 3 , generally up to a few tens of grams per kilogram of slaked lime. Nevertheless, the sum of these impurities, expressed in the form of the aforementioned oxides, will not exceed 5%, preferably 3%, in particular 2% or even 1% by weight of the solid slaked lime composition.
La chaux éteinte suivant l'invention peut aussi contenir de l'oxyde de calcium CaO qui n'aurait pas été hydraté au cours de l'extinction, ou du carbonate de calcium CaC03 provenant soit du calcaire initial dont est dérivée la chaux éteinte (partie non cuite), soit d'une réaction de carbonatation partielle de la chaux éteinte au contact
de l'air. La teneur en oxyde de calcium dans la chaux éteinte suivant l'invention ne dépassera pas 3% en poids. Elle sera de préférence inférieure à 2%, avantageusement à 1 % en poids de la composition solide de chaux éteinte. La teneur en carbonate de calcium sera inférieure à 10%, de préférence à 6%, en particulier à 4% et même avantageusement à 3% en poids de la composition de chaux éteinte. Slaked lime according to the invention may also contain calcium oxide CaO which has not been hydrated during the extinction, or calcium carbonate CaC0 3 from either the initial limestone which is derived slaked lime ( uncooked part), or a partial carbonation reaction of the slaked lime in contact air. The calcium oxide content in the slaked lime according to the invention will not exceed 3% by weight. It will preferably be less than 2%, advantageously 1% by weight of the solid slaked lime composition. The calcium carbonate content will be less than 10%, preferably 6%, in particular 4% and even advantageously 3% by weight of the slaked lime composition.
La chaux éteinte suivant l'invention peut aussi contenir de l'oxyde de magnésium gO ou des phases dérivées du type Mg(OH)2 ou MgCO3. La somme de ces impuretés, exprimées sous la forme de MgO, ne dépassera pas 5%, de préférence 3%, en particulier 2% ou même avantageusement 1 % en poids de la composition de chaux éteinte. The slaked lime according to the invention may also contain magnesium oxide 60 or phases derived from the Mg (OH) 2 or MgCO 3 type . The sum of these impurities, expressed in the form of MgO, will not exceed 5%, preferably 3%, in particular 2% or even advantageously 1% by weight of the slaked lime composition.
La nature de l'alcool mis en œuvre suivant l'invention n'est pas critique. Tout alcool connu de l'homme de métier et permettant de former un alcogel avec de la chaux est donc approprié. Il faut toutefois noter qu'il est souhaitable que l'alcool utilisé contienne le moins d'eau possible, puisque, comme on l'a indiqué plus haut, cette eau risquerait de déstructurer le gel. Par ailleurs, il est souhaitable que l'alcool utilisé présente un point d'ébullition relativement bas, ne soit pas trop visqueux et possède une bonne solubilité dans le CO2 supercritique. The nature of the alcohol used according to the invention is not critical. Any alcohol known to those skilled in the art and forming an alcogel with lime is appropriate. However, it should be noted that it is desirable that the alcohol used contain as little water as possible, since, as mentioned above, this water could destroy the gel. On the other hand, it is desirable that the alcohol used has a relatively low boiling point, is not too viscous and has good solubility in supercritical CO 2 .
Dans le cadre de la présente invention, les monoalcoois, alcools dont la formule présente seulement un groupement OH, sont donc préférés en particulier, ceux présentant une pureté supérieure ou égale à 95 % de grade technique, les 5 % résiduels étant typiquement formés d'impuretés et/ou d'eau ou encore de trace de glycoî, comme du monoéthylène giycol qui est quant à lui difficilement soluble dans du CO2 supercritique. In the context of the present invention, monoalcoals, alcohols whose formula has only one OH group, are therefore particularly preferred, those having a purity greater than or equal to 95% of technical grade, the residual 5% being typically formed of impurities and / or water or traces of glycoî, such as monoethylene glycol, which is meanwhile hardly soluble in supercritical CO 2 .
On peut également citer, à titre d'exemples d'alcools utilisables, en particulier de monoalcoois, le méthanoi, Céthanol, te propanoi, le butanol et l'isopropanol bien que, pour les raisons énoncées ci-dessus, l'usage d'éthanol semble plutôt moins favorable.
La proportion de chaux éteinte par rapport à l'alcool est de préférence de 15 g/dm3 à 200 g/dm3, en particulier de 15 g/dm3 à 00 g/dm3 (gramme de chaux éteinte par dm3 d'alcool). Mention may also be made, by way of examples of usable alcohols, in particular of monoalcohols, of methanol, ethanol, propanol, butanol and isopropanol, although, for the reasons stated above, the use of Ethanol seems rather less favorable. The proportion of slaked lime with respect to the alcohol is preferably from 15 g / dm 3 to 200 g / dm 3 , in particular from 15 g / dm 3 to 00 g / dm 3 (gram of slaked lime by dm 3 d 'alcohol).
La réaction entre la chaux éteinte et l'alcool n'est que modérément exothermique et assez lente. On peut donc prévoir un léger chauffage du réacteur dans lequel la réaction doit se produire, par exemple à une température comprise entre 20 et 70°C, de préférence 30 et 70°C. The reaction between slaked lime and alcohol is only moderately exothermic and rather slow. It is therefore possible to provide a slight heating of the reactor in which the reaction is to take place, for example at a temperature of between 20 and 70 ° C., preferably 30 and 70 ° C.
Cette réaction peut durer environ 1 à 2 heures. Avantageusement la suspension obtenue peut alors, avant l'étape d'injection, être tamisée au travers d'un tamis présentant une ouverture de maille comprise entre 20 et 250 μητι, en particulier égale ou inférieure à 45 μηη. This reaction can last about 1 to 2 hours. Advantageously, the suspension obtained can then, before the injection step, be sieved through a sieve having a mesh size of between 20 and 250 μητι, in particular equal to or less than 45 μηη.
L'injection de dioxyde de carbone dans ladite suspension a lieu de préférence à une température comprise entre 30°C et 70°C. Elle a pour but de générer un alkylcarbonate dans la suspension alcoolique d'alcoolate de calcium. Elle est avantageusement arrêtée lorsque cette suspension présente un pH inférieur à 9, en particulier à 8,7 et avantageusement à 8,3. The injection of carbon dioxide into said suspension is preferably carried out at a temperature between 30 ° C and 70 ° C. Its purpose is to generate an alkylcarbonate in the alcoholic suspension of calcium alkoxide. It is advantageously stopped when this suspension has a pH of less than 9, in particular 8.7 and advantageously 8.3.
Comme gaz d'injection on peut utiliser, outre du dioxyde de carbone, tout mélange gazeux contenant du CO2 et au moins un autre gaz, par exemple de l'air. As the injection gas can be used, in addition to carbon dioxide, any gaseous mixture containing CO2 and at least one other gas, for example air.
Après l'injection, on peut avantageusement prévoir un tamisage de la suspension saturée au travers d'un tamis présentant une ouverture de maille comprise entre 20 et 250 pm, en particulier égale ou inférieure à 45 pm. After the injection, it is advantageous to screen the saturated suspension through a sieve having a mesh size of between 20 and 250 μm, in particular equal to or less than 45 μm.
Après l'injection, on laisse la suspension alcoolique d'alkylcarbonate (notamment méthylcarbonate) de caicium gélifier avec formation d'un alcogel de carbonate de calcium précipité. After injection, the alcoholic suspension of alkylcarbonate (especially methylcarbonate) of calcium is allowed to gel to form a precipitated calcium carbonate alcogel.
Suivant un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le procédé comprend en outre, avant l'injection et/ou au début de celle-ci,
un ensemencement de la suspension alcoolique d'alcoolate de calcium par des cristaux de carbonate de calcium. Comme cristaux de carbonate de calcium on peut prévoir en particulier ceux choisis parmi le groupe constitué de cristaux de caicite, d'aragonite, de vatérite et de leurs mélanges. Les cristaux de caicite ou d'aragonite sont particulièrement préférentiels, car ils donnent lieu à un gel de caicite très stable. According to a preferred embodiment of the invention, the method further comprises, before the injection and / or at the beginning thereof, seeding the alcoholic suspension of calcium alkoxide with calcium carbonate crystals. Particularly suitable calcium carbonate crystals are those selected from the group consisting of caicite crystals, aragonite, vaterite and mixtures thereof. The crystals of caite or aragonite are particularly preferred because they give rise to a very stable cation gel.
Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend en outre, avant l'injection et/ou au début de celle-ci, un ajout d'au moins un inhibiteur de croissance cristalline de CaCO3, notamment du sucre, à ladite suspension alcoolique. Comme inhibiteurs de croissance crystalline de CaC03, on peut citer entre autres du sucrose, du saccharose, un monosaccharide, en particulier du glucose, du fructose ou du galactose, un disaccharide, en particulier du lactose, du maltose ou du sorbitol, de l'acide citrique, des polyacrylates, des phosphates ou métaphosphates soîubles ou leurs acides correspondants ou encore les sels soîubles de strontium ou de magnésium. On prévoit de préférence un ajout d'une quantité comprise entre 500 ppm et 5 % en poids par rapport au Ca(OH)2 de départ. According to a particular embodiment of the invention, the method further comprises, before the injection and / or at the beginning thereof, an addition of at least one crystalline growth inhibitor of CaCO 3 , in particular sugar, to said alcoholic suspension. Examples of crystalline growth inhibitors of CaCO 3 include sucrose, sucrose, a monosaccharide, in particular glucose, fructose or galactose, a disaccharide, in particular lactose, maltose or sorbitol, citric acid, polyacrylates, phosphates or metaphosphates or their corresponding acids or the soluble salts of strontium or magnesium. An addition of an amount of between 500 ppm and 5% by weight relative to the starting Ca (OH) 2 is preferably provided.
Suivant un mode particulièrement avantageux de l'invention le procédé comprend en outre un séchage de l'alcogel de carbonate de calcium précipité, de façon à former un aérogel de carbonate de calcium. Ce séchage peut s'effectuer selon toute méthode connue de l'homme de métier. On peut par exemple envisager de soumettre l'alcogel à un traitement connu par du CO2 liquide ou supercritique. Un tel traitement est décrit de manière assez vague par exemple dans l'article de J. Plank et Coll. cité plus haut. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the process further comprises drying the precipitated calcium carbonate alcogel so as to form an airgel of calcium carbonate. This drying can be carried out according to any method known to those skilled in the art. For example, it may be possible to subject the alcogel to known treatment with liquid or supercritical CO 2 . Such a treatment is described rather vaguely, for example in the article by J. Plank et al. cited above.
D'autres méthodes de séchage de gel produisent ce qu'on appelle des xérogels. Contrairement au séchage par fluide supercritique, une contraction du gel ne peut être évitée mais est réduite. Les méthodes les plus connues sont le séchage par congélation (lyophilisation) ou le séchage au froid. Lors de la lyophilisation, le solvant dans le gel est
congelé et lentement sublimé par application d'un vide ou d'une pression partielle très faible. Dans le cas du méthanol, des températures en- dessous de 175 K doivent alors être appliquées. Cette méthode n'a pas uniquement le désavantage d'exiger d'extrêmement basses températures et des temps de séchage longs, mais aussi qu'une solidification du solvant peut rompre la structure du gel. La méthode du séchage à froid consiste à évaporer le solvant du gel à basse température par application d'un vide ou d'une pression partielle faible, conditions dans lesquelles la recristallisation des particules est évitée. Pour les gels de vatérite et de calcite, la température doit être inférieure à 278 K. Alors que les xérogels permettent d'atteindre des hautes surfaces spécifiques et des petites tailles de particules, ils sont communément plus denses que des aérogels séchés dans des conditions supercritiques. Other methods of gel drying produce so-called xerogels. Unlike supercritical fluid drying, a contraction of the gel can not be avoided but is reduced. The best known methods are freeze drying (freeze drying) or cold drying. During lyophilization, the solvent in the gel is frozen and slowly sublimed by applying a vacuum or a very low partial pressure. In the case of methanol, temperatures below 175 K must be applied. This method has not only the disadvantage of requiring extremely low temperatures and long drying times, but also that a solidification of the solvent can break the structure of the gel. The cold drying method consists in evaporating the solvent from the gel at low temperature by applying a vacuum or a low partial pressure, in which conditions the recrystallization of the particles is avoided. For vaterite and calcite gels, the temperature should be less than 278 K. While xerogels achieve specific high surface areas and small particle sizes, they are commonly denser than aerogels dried under supercritical conditions. .
Il est apparu qu'un gel de calcite obtenu par l'ensemencement de la suspension alcoolique d'alcoolate de calcium par des cristaux de calcite ou d'aragonite donnait Heu après un tel séchage à un aérogel beaucoup plus résistant à la dégradation et à la recristallisation. Selon les cristaux d'ensemencement et leur structure, le gel formé présentera une forme cristalline préférée qui comprendra une proportion de vatérite de préférence inférieure à 97 % en poids. La cristallinité du gel de calcite peut être contrôlée par deux paramètres à savoir, la quantité de calcite de départ et sa finesse (taille des particules de calcite). It appeared that a calcite gel obtained by seeding the alcoholic suspension of calcium alkoxide with crystals of calcite or aragonite gave rise after such drying to an airgel much more resistant to degradation and recrystallization. Depending on the seed crystals and their structure, the gel formed will have a preferred crystalline form which will comprise a proportion of vaterite preferably less than 97% by weight. The crystallinity of the calcite gel can be controlled by two parameters namely, the amount of calcite starting and its fineness (size of the calcite particles).
Plus la quantité de calcite de départ est élevée, plus le taux d'ensemencement est élevé, se traduisant par une quantité élevée en calcite dans le gel obtenu. Concernant la finesse de la calcite, plus celle- ci est fine, plus le taux d'ensemencement est élevé. The higher the amount of calcite starting, the higher the rate of seeding, resulting in a high amount of calcite in the gel obtained. As for the fineness of calcite, the finer the calcite, the higher the rate of seeding.
A la différence d'un aérogel de vatérite, te! que décrit dans l'état antérieur de la technique, un aérogel de calcite présente une bonne stabilité en présence d'eau, en particulier de l'humidité de l'air.
Un gel de carbonate de calcium précipité en présence d'un ajout de sucre est capable, après séchage tel que prévu ci-dessus, de donner lieu à un aérogel à surface spécifique BET et volume poreux à l'azote extrêmement élevés, qui présente une résistance mécanique surprenante. Unlike a vaterite airgel, you! As described in the prior art, a calcite airgel has good stability in the presence of water, in particular air humidity. A calcium carbonate gel precipitated in the presence of a sugar addition is capable, after drying as provided above, of giving rise to an airgel with BET specific surface area and extremely high nitrogen pore volume, which exhibits surprising mechanical resistance.
Par les termes « surface spécifique BET » au sens de la présente invention, on entend la surface spécifique mesurée par manométrie d'adsorption d'azote et calculée selon la méthode BET. By the terms "BET surface area" in the sense of the present invention is meant the specific surface area measured by nitrogen adsorption manometry and calculated according to the BET method.
Par le terme « particules » au sens de la présente invention, on entend la plus petite discontinuité solide de la charge minérale observable par microscopie électronique à balayage ( EB). By the term "particles" in the sense of the present invention is meant the smallest solid discontinuity of the inorganic filler observable by scanning electron microscopy (EB).
La présente invention concerne également les gels obtenus par un procédé suivant l'invention. The present invention also relates to the gels obtained by a process according to the invention.
L'alcogel obtenu après la gélification est avantageusement constitué de 1 à 6 % en volume de nanoparticules de carbonate de calcium précipité présentant une taille de particule sensiblement comprise entre 5 et 600 nm, en particulier entre 5 et 300 nm, avantageusement entre 10 et 200 nm, de préférence entre 10 et 50 nm, plus préférentiellement entre 10 et 20 nm. Ce dernier intervalle est tout particulièrement caractéristique des précipités de vatérite. Ces nanoparticules sont en fait des agglomérats de cristallite de carbonate de calcium, dont la taille est inférieure à celle des nanoparticules. The alkogel obtained after gelling is advantageously constituted by 1 to 6% by volume of precipitated calcium carbonate nanoparticles having a particle size substantially between 5 and 600 nm, in particular between 5 and 300 nm, advantageously between 10 and 200 nm. nm, preferably between 10 and 50 nm, more preferably between 10 and 20 nm. This last interval is particularly characteristic of precipitates of vaterite. These nanoparticles are actually agglomerates of crystallite calcium carbonate, whose size is smaller than that of the nanoparticles.
L'aérogel de carbonate de calcium ou le xérogel de carbonate de calcium obtenu suivant l'invention présente avantageusement une surface spécifique BET de 4 à 450 m2/g, de préférence de 5 à 450 n 7g. The calcium carbonate airgel or the calcium carbonate xerogel obtained according to the invention advantageously has a BET specific surface area of 4 to 450 m 2 / g, preferably 5 to 450 n 7 g.
De manière avantageuse, l'aérogel de carbonate de calcium suivant l'invention présente une surface spécifique BET comprise entre 40 et 450 m2/g, de préférence entre 45 et 450 m2/g, plus préférentiellement entre 47 et 450 m /g et avantageusement entre 50 et 450 m2/g, en particulier de 100 à 450 m g.
Selon un mode préféré de la présente invention, le xérogel de carbonate de calcium suivant l'invention présente une surface spécifique comprise entre 4 et 50 m2/g, de préférence entre 5 et 45 m2/g, plus préférentieilement entre 8 et 40 m2/g. Advantageously, the calcium carbonate airgel according to the invention has a BET specific surface area of between 40 and 450 m 2 / g, preferably between 45 and 450 m 2 / g, more preferably between 47 and 450 m 2 / g. and advantageously between 50 and 450 m 2 / g, in particular from 100 to 450 m g. According to a preferred embodiment of the present invention, the calcium carbonate xerogel according to the invention has a specific surface area of between 4 and 50 m 2 / g, preferably between 5 and 45 m 2 / g, more preferably between 8 and 40 m 2 / g.
Selon un mode préféré de la présente invention, le xérogel de carbonate de calcium suivant l'invention présente une taille de cristallite comprise entre 20 et 100 nm, notamment pour les particules de caicite, en particulier entre 5 et 30 nm, notamment pour les particules de vatérite. According to a preferred embodiment of the present invention, the calcium carbonate xerogel according to the invention has a crystallite size of between 20 and 100 nm, in particular for the particles of caicity, in particular between 5 and 30 nm, in particular for the particles. of vaterite.
L'aérogel de carbonate de calcium suivant l'invention présente quant à lui, de manière avantageuse, une taille de cristallite comprise entre 5 et 100 nm, notamment pour les particules de caicite, en particulier entre 5 et 30 nm, notamment pour les particules de vatérite, plus particulièrement entre 5 et 20 nm. The calcium carbonate airgel according to the invention advantageously has a crystallite size of between 5 and 100 nm, especially for particles of caicity, in particular between 5 and 30 nm, in particular for the particles. vaterite, more particularly between 5 and 20 nm.
L'aérogel de carbonate de calcium ou le xérogel de carbonate de calcium obtenu suivant l'invention présente avantageusement une masse voiumique apparente comprise entre 0,01 et 0, 15 g/cm3, de préférence entre 0,02 et 0,06 g/cm3. The calcium carbonate airgel or the calcium carbonate xerogel obtained according to the invention advantageously has an apparent density of between 0.01 and 0.15 g / cm 3 , preferably between 0.02 and 0.06 g. / cm 3 .
De manière avantageuse, l'aérogel ou le xérogel suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste en un aérogel ou xérogel de caicite, de vatérite, d'aragonite ou de leurs mélanges. Advantageously, the airgel or xerogel according to the invention is characterized in that it consists of an airgel or xerogel of caicite, vaterite, aragonite or their mixtures.
Dans un mode préféré de la présente invention, l'aérogel est caractérisé en ce qu'il présente une surface spécifique BET comprise entre 4 et 40 m2/g, ou entre 100 et 250 m2/g, une taille de cristallite comprise entre 5 et 30 nm notamment pour la vatérite et une taille de particules comprise entre 60 et 600 nm ou entre 5 et 20 nm. In a preferred embodiment of the present invention, the airgel is characterized in that it has a BET specific surface area of between 4 and 40 m 2 / g, or between 100 and 250 m 2 / g, a crystallite size of between 5 and 30 nm in particular for vaterite and a particle size of between 60 and 600 nm or between 5 and 20 nm.
Dans le cadre de la présente invention, les tailles de particules, ont été calculée par microscopie optique. La moyenne ainsi obtenue a été conservée pour déterminer les plages de valeurs.
Dans le cadre de la présente invention, l'aérogel obtenu selon l'invention présente avantageusement une surface spécifique BET comprise entre 100 et 450 m2/g, une taille de cristallite comprise entre 5 et 20 nm, notamment pour la calcite et pour la vatérite, et une taille de particules d'environ 10 nm lorsqu'il est obtenu en présence d'un inhibiteur de croissance. In the context of the present invention, particle sizes have been calculated by optical microscopy. The average thus obtained was retained to determine the ranges of values. In the context of the present invention, the airgel obtained according to the invention advantageously has a BET specific surface area of between 100 and 450 m 2 / g, a crystallite size of between 5 and 20 nm, in particular for calcite and for vaterite, and a particle size of about 10 nm when obtained in the presence of a growth inhibitor.
De façon particulièrement avantageuse, le xérogel suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il présente une surface spécifique BET comprise entre 4 et 10 m2/g, une taille de cristallite comprise entre 20 et 100 nm, notamment pour la calcite et entre 15 et 30 nm, notamment pour la vatérite et une taille de particules comprise entre 100 et 500 nm. In a particularly advantageous manner, the xerogel according to the invention is characterized in that it has a BET specific surface area of between 4 and 10 m 2 / g, a crystallite size of between 20 and 100 nm, especially for calcite and between 15 and 30 nm, especially for vaterite and a particle size between 100 and 500 nm.
Selon un mode particulièrement préféré, le xérogel selon l'invention est caractérisé en ce qu'il présente une surface spécifique BET comprise entre 20 et 40 mz/g, une taille de cristallite comprise entre 20 et 100 nm, notamment pour la calcite et entre 15 et 30 nm, notamment pour la vatérite et une taille de particules comprise entre 50 et 150 nm. According to a particularly preferred embodiment, the xerogel according to the invention is characterized in that it has a BET specific surface of between 20 and 40 m z / g, a crystallite size between 20 and 100 nm, including calcite and between 15 and 30 nm, especially for vaterite and a particle size between 50 and 150 nm.
On remarquera que lors de la production de ge! et d'aérogel de carbonate de calcium selon l'invention, la décomposition de l'hydroxyde d'alkyl carbonate (notamment méthyl carbonate) de calcium en carbonate de calcium (étape III) ne requiert pas d'eau, contrairement à l'art antérieur (étape c.) mais dépend juste de la concentration en ce composé. En conséquence, le procédé selon l'invention ne requiert pas d'étapes de maturation et de trempage du ge! comme dans le cas de l'art antérieur. We will notice that during the production of ge! and calcium carbonate airgel according to the invention, the decomposition of calcium carbonate alkylate (especially methyl carbonate) hydroxide into calcium carbonate (step III) does not require water, contrary to the art previous (step c.) but depends only on the concentration of this compound. Consequently, the process according to the invention does not require steps of maturation and soaking of age! as in the case of the prior art.
De plus, l'aérogel ainsi obtenu suivant la présente invention présente des propriétés de conductivité thermique et/ou acoustique (22,2 mW/m/K pour une densité tassée de 150 g/dm3) qui font de ce produit, entre autres, un candidat intéressant comme isolant.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous d'exemples de réalisation non limitatifs. In addition, the airgel thus obtained according to the present invention has properties of thermal and / or acoustic conductivity (22.2 mW / m / K for a packed density of 150 g / dm 3 ) which make this product, among others , an interesting candidate as an insulator. Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below of nonlimiting exemplary embodiments.
La figure 1a illustre l'influence de l'ajout d'additifs sur le volume poreux BJH d'aérogels obtenus selon l'invention. FIG. 1a illustrates the influence of the addition of additives on the porous volume BJH of aerogels obtained according to the invention.
La figure 1 b représente l'influence de l'ajout d'additifs sur le diamètre moyen des pores BJH d'aérogels obtenus selon la présente invention. FIG. 1b shows the influence of adding additives on the average diameter of the airgel BJH pores obtained according to the present invention.
La figure 2a illustre l'influence de l'ajout d'additifs sur le volume poreux BJH d'aérogels obtenus selon l'invention. FIG. 2a illustrates the influence of the addition of additives on the porous volume BJH of aerogels obtained according to the invention.
La figure 2b illustre l'influence de l'ajout d'additifs sur le diamètre moyen des pores BJH d'aérogels obtenus selon l'invention. FIG. 2b illustrates the influence of the addition of additives on the average diameter of the airgel BJH pores obtained according to the invention.
La figure 3 représente la relation entre la surface spécifique BET et le volume poreux BJH d'aérogels obtenus selon l'invention. FIG. 3 represents the relationship between the BET specific surface area and the porous BJH volume of aerogels obtained according to the invention.
La figure 4 illustre une image MEB d'un aérogel de calcite obtenu selon {'invention. Figure 4 illustrates an SEM image of a calcite airgel obtained according to the invention.
La figure 5 illustre une image MEB d'un xéroge! de calcite obtenu selon l'invention. Figure 5 illustrates a SEM image of a xeroge! of calcite obtained according to the invention.
Les figure 6 a et 6b représentent l'influence de l'ajout d'additifs sur la taille des cristailites et des particules de xérogels et d'aérogels obtenus selon l'invention. FIGS. 6a and 6b show the influence of adding additives on the size of the crystals and the xerogel and aerogel particles obtained according to the invention.
Par les termes « volume poreux BJH » au sens de la présente invention, on entend le volume des pores dont la taille est comprise entre 17 et 1000 A (1 ,7 et 100 nm), mesuré par manométrie de désorption d'azote, obtenu après dégazage sous vide à 190 °C, et calculé selon la méthode BJH. For the purposes of the present invention, the term "pore volume BJH" is intended to mean the pore volume whose size is between 17 and 1000 Å (1.7 and 100 nm), as measured by nitrogen desorption manometry, obtained after degassing under vacuum at 190 ° C., and calculated according to the BJH method.
Par les termes « diamètre moyen des pores BJH » au sens de la présente invention, on entend le diamètre moyen des pores dont la taille est comprise entre 17 et 1000 A (1 ,7 et 100 nm), mesuré par manométrie de désorption d'azote, obtenu après dégazage sous vide à 90 °C, et calculé selon la méthode BJH.
Les conditions d'injection du dioxyde de carbone influencent la qualité du gel produit. Dans le cadre de la présente invention, deux méthodes d'injection différentes peuvent être appliquées. For the purposes of the present invention, the term "average pore diameter BJH" is intended to mean the average pore diameter, the size of which is between 17 and 1000 Å (1.7 and 100 nm), as measured by desorption manometry. nitrogen, obtained after degassing under vacuum at 90 ° C, and calculated according to the BJH method. The conditions of carbon dioxide injection influence the quality of the gel produced. In the context of the present invention, two different injection methods can be applied.
La première méthode d'injection utilise un gaz à pression atmosphérique, qui contient approximativement 15 % en volume de C02. Dans cette méthode, un mélange de C02 en présence d'un gaz inerte peut être utilisé. Avantageusement, ce mélange gazeux présente une teneur en C02 comprise entre 2 % et 100 % en volume, de préférence entre 4 % et 50 % en volume, plus préférentiellement entre 10 % et 30 % en volume. L'injection de gaz est avantageusement réalisée sous pression quasi atmosphérique ou sous une faible pression, en l'occurrence à une pression inférieure à 0,5 Pa, de préférence inférieure à 0,3 MPa. The first injection method uses a gas at atmospheric pressure, which contains approximately 15% by volume of C0 2 . In this method, a CO 2 mixture in the presence of an inert gas can be used. Advantageously, this gaseous mixture has a CO 2 content of between 2% and 100% by volume, preferably between 4% and 50% by volume, more preferably between 10% and 30% by volume. The gas injection is advantageously carried out under quasi-atmospheric pressure or under a low pressure, in this case at a pressure of less than 0.5 Pa, preferably less than 0.3 MPa.
Cette méthode permet d'obtenir une conversion homogène et presque complète de I'alcoolate. Il est souhaitable d'éviter une gélification trop rapide dans îe réacteur avant que la conversion complète ait eu lieu. Dans cette situation, l'utilisation d'un gaz dilué permet de prolonger la durée d'injection et d'augmenter le volume de gaz nécessaire. Un gaz dilué est préféré par rapport à un gaz fortement concentré car, dans ce dernier cas, une agitation beaucoup plus élevée est nécessaire pour obtenir une homogénéisation suffisante du mélange dans le réacteur, ce qui augmente le risque d'une gélification spontanée et incontrôlable. This method achieves a uniform and almost complete conversion of the alkoxide. It is desirable to avoid too rapid gelation in the reactor before complete conversion has occurred. In this situation, the use of a diluted gas makes it possible to prolong the injection duration and to increase the volume of gas required. A diluted gas is preferred over a highly concentrated gas, because in the latter case, a much higher agitation is necessary to achieve adequate homogenization of the mixture in the reactor, which increases the risk of spontaneous and uncontrollable gelation.
Dans la deuxième méthode d'injection, décrite de manière non limitative à l'exemple 10, on augmente l'homogénéisation par l'utilisation de C02 liquide sous pression tout en acceptant une gélification spontanée. Dans cette méthode, l'injection de dioxyde de carbone est avantageusement réalisée jusqu'à l'obtention d'une pression comprise entre 7 et 12 MPa, de préférence entre 8 et 1 1 MPa. L'utilisation du même réacteur pour effectuer le séchage permet de combiner les étapes de carbonatation de I'alcoolate, de gélification et de
séchage dans le même équipement. L'utilisation de C02 liquide permet d'intensifier la réaction de conversion de l'alcoolate, d'augmenter la concentration de carbonate de calcium dans le gel ainsi que la densité de i'aérogel obtenu. Il a été constaté que l'augmentation de la densité d'un aérogel permet d 'augmenter significativement sa résistance mécanique. In the second injection method, described in a non-limiting manner in Example 10, the homogenization is increased by the use of liquid C0 2 under pressure while accepting spontaneous gelling. In this method, the injection of carbon dioxide is advantageously carried out until a pressure of between 7 and 12 MPa is obtained, preferably between 8 and 11 MPa. The use of the same reactor to effect the drying makes it possible to combine the steps of carbonation of the alcoholate with gelling and drying in the same equipment. The use of liquid C0 2 is used to intensify the conversion reaction of the alkoxide, to increase the concentration of calcium carbonate in the gel and the density i'aérogel obtained. It was found that the increase in density of an airgel allows to significantly increase its mechanical strength.
Dans cette deuxième méthode d'injection, les étapes de conversion d'hydroxyde de calcium en alcoolate de calcium, de conversion de l'alcoolate par injection du C02, de gélification et de séchage se déroulent de manières successives. In this second injection method, the conversion steps of calcium hydroxide into calcium alcoholate, the alcoholate conversion by injection of C0 2, gelling and drying are conducted in a successive manner.
Dans le cadre de la présente invention, les analyses de diffraction des RX (DRX) permettent d'estimer la taille des cristallites à l'aide de l'équation de Scherrer. Cette équation, reprise ci-dessous, est valable pour des cristallites de taille inférieure à 100-200 nm : In the context of the present invention, the X-ray diffraction analysis (XRD) makes it possible to estimate the size of the crystallites using the Scherrer equation. This equation, taken again below, is valid for crystallites of size smaller than 100-200 nm:
Κλ OÙ Κλ WHERE
λ correspond à la longueur d'onde du rayon X, λ corresponds to the wavelength of the X-ray,
τ correspond à la taille moyenne de la cristallite, τ corresponds to the average size of the crystallite,
K est un facteur sans dimension qui dépend de la forme de la cristallite. Sa valeur se situe typiquement autour de 0,9. K is a dimensionless factor that depends on the shape of the crystallite. Its value is typically around 0.9.
β correspond à la largeur à mi-hauteur d'un pic du motif de diffraction. β corresponds to the width at half height of a peak of the diffraction pattern.
Exemple 1 Example 1
Préparation d'un alcogel. Preparation of an alcogel
On met en œuvre un réacteur de 3 dm3 présentant un rapport hauteur/diamètre d'environ 2 et équipé d'un agitateur à double pale, d'une entrée pour le gaz au fond, et de capteurs de température, de pH et de conductivité. Ce réacteur présente une paroi double et est rendu thermostatique par un bain de chauffage/refroidissement. A 3 dm 3 reactor having a height / diameter ratio of approximately 2 and equipped with a double-blade stirrer, an inlet for the gas at the bottom, and sensors for temperature, pH and conductivity. This reactor has a double wall and is made thermostatic by a heating / cooling bath.
On introduit dans ce réacteur 2 dm3 de méthanol analytique et on y établit une température de 30°C, puis on ajoute 75 g de chaux éteinte commerciale. La suspension obtenue est mélangée pendant 1 -2 h
à environ 500 tpm ce qui donne lieu à la formation d'une suspension de méthanolate de calcium dans du méthanol. La température et le pH restent stables jusqu'à la fin de la réaction, c'est-à-dire 30°C et respectivement environ 12,2 (ce pH n'est toutefois atteint qu'après 20 à 30 min de réaction). La suspension est ensuite tamisée sur un tamis présentant un refus de 45 ym pour éliminer les particules grossières. 2 dm 3 of analytical methanol are introduced into this reactor and a temperature of 30 ° C. is established therein, then 75 g of commercial slaked lime are added. The suspension obtained is mixed for 1-2 h at about 500 rpm which gives rise to the formation of a suspension of calcium methanolate in methanol. The temperature and pH remain stable until the end of the reaction, that is to say 30 ° C and respectively about 12.2 (this pH is however reached after 20 to 30 min reaction) . The slurry is then sieved through a sieve having a 45 μm rejection to remove coarse particles.
La suspension tamisée est alors placée dans un réacteur dans lequel on injecte un mélange gazeux de dioxyde de carbone (15% en volume) et d'air technique (85% en volume) à un débit de 4,75 dm3/min pendant 1-2 h. L'injection est stoppée à un pH d'environ 8,6, ce qui indique qu'une carbonatation quantitative a eu lieu. The sieved suspension is then placed in a reactor into which a gaseous mixture of carbon dioxide (15% by volume) and technical air (85% by volume) is injected at a rate of 4.75 dm 3 / min for 1 hour. -2 h. The injection is stopped at a pH of about 8.6, indicating that quantitative carbonation has occurred.
La suspension est alors prélevée du réacteur et placée dans un bêcher en verre où on la laisse gélifier sous la forme d'un alcogel de carbonate de calcium précipité, ce qui prend environ 1 h. The slurry is then removed from the reactor and placed in a glass beaker where it is allowed to gel in the form of a precipitated calcium carbonate alcogel, which takes about 1 hour.
Cet alcogel est divisé en deux échantillons. This alcogel is divided into two samples.
Le premier échantillon d'environ 1 ,5 dm3 est laissé dans le bêcher pour y reposer dans des conditions ambiantes d'environ 18°C, avec le sommet du bêcher couvert d'un film plastique. Le gel reste stable, sans dégradation, pendant environ 1 jour. Une analyse par diffraction aux rayons X (DRX) de la matière solide révèle que le carbonate de calcium précipité est principalement constitué de vatérite avec de petites traces de calcite. The first sample of about 1.5 dm 3 is left in the beaker to rest at ambient conditions of about 18 ° C with the top of the beaker covered with a plastic film. The gel remains stable, without degradation, for about 1 day. X-ray diffraction (XRD) analysis of the solid material reveals that the precipitated calcium carbonate mainly consists of vaterite with small traces of calcite.
Préparation d'un aérogel. Preparation of an airgel.
Le deuxième échantillon d'environ 50 cm3 est placé dans un autoclave à température ambiante et pression atmosphérique. Une fine couche de méthanol pur (environ 2cm3) est ajoutée au dessus du gel afin de le protéger durant la première pressurisation. L'autoclave est ensuite scellé de manière étanche et pressurisé lentement par introduction de dioxyde de carbone jusqu'à atteindre une pression de 0 MPa, à un rythme de 0, 1 à 0,2 MPa/min. Le CO2 introduit possède une température de 293 K. L'autoclave est également maintenu à cette
température durant la première étape précitée par thermostatisation au moyen d'une double enveloppe. The second sample of about 50 cm 3 is placed in an autoclave at room temperature and atmospheric pressure. A thin layer of pure methanol (about 2 cm 3 ) is added above the gel to protect it during the first pressurization. The autoclave is then sealed and pressurized slowly by introducing carbon dioxide until a pressure of 0 MPa is reached at a rate of 0.1 to 0.2 MPa / min. The CO2 introduced has a temperature of 293 K. The autoclave is also maintained at this temperature. temperature during the aforementioned first step by thermostatization by means of a double jacket.
Lorsque l'autoclave a atteint 10 MPa à 293 K et est rempli de C02 liquide, l'agitation démarre à 150 tpm et est maintenue durant 20 minutes. L'ouverture des vannes d'entrée et de sortie du C02 de l'autoclave crée alors un flux continu de CO2 liquide de façon à remplacer progressivement par du CO2 pur le C02 mélangé au méthanoi. Cette opération se poursuit pendant 30 minutes à pression constante de 10 MPa. When the autoclave reached 10 MPa at 293 K and is filled with liquid C0 2 , stirring starts at 150 rpm and is maintained for 20 minutes. The opening of the inlet and outlet valves of the C0 2 of the autoclave then creates a continuous stream of liquid CO 2 so as to replace gradually with pure CO 2 the C0 2 mixed with methanol. This operation is continued for 30 minutes at a constant pressure of 10 MPa.
Ensuite, la pression dans l'autoclave est successivement diminuée et augmentée afin d'accélérer l'extraction du méthanoi : Then, the pressure in the autoclave is successively decreased and increased in order to accelerate the extraction of the methanol:
par une légère augmentation du degré d'ouverture de la vanne de sortie de CO2 de façon à réaliser une très lente décroissance de la pression jusqu'à 8 MPa en approximativement 15 minutes, durée pendant laquelle un flux continu de C02 est maintenu ; by a slight increase in the degree of opening of the CO 2 outlet valve so as to achieve a very slow decrease of pressure up to 8 MPa in approximately 15 minutes, during which time a continuous flow of CO 2 is maintained;
par une réduction du degré d'ouverture de la vanne de sortie du C02 de façon à réaugmenter la pression jusqu'à 10 MPa, cette fois encore sur une durée d'environ 15 minute en maintenant un flux continu du C02. by reducing the degree of opening of the C0 2 outlet valve so as to increase the pressure up to 10 MPa, again over a period of about 15 minutes by maintaining a continuous flow of C0 2 .
Ces augmentations et diminutions successives de pression sont effectuées jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de méthanoi détecté à la sortie, c'est-à-dire qu'il n'y ait plus de gouttes de méthanoi dans le vase d'expansion de C02. Environ deux heures s'avèrent suffisantes pour la plupart de ces échantillons (4 cycles d'augmentation/réduction de la pression). Lorsqu'il n'y a plus de méthanoi détecté, toutes les vannes sont fermées mais l'agitation est maintenue. These successive increases and decreases in pressure are carried out until there is no more methanoi detected at the outlet, that is to say that there are no more methanoi drops in the vase. of expansion of C0 2 . About two hours are sufficient for most of these samples (4 cycles of increase / reduction of pressure). When no more methanol is detected, all the valves are closed but agitation is maintained.
L'autoclave est alors placé en condition supercritique de façon à permettre le drainage du C02 hors de l'autoclave en l'absence d'une interface gaz/liquide qui pourrait endommager l'aérogel. Pour ce faire, l'autoclave est chauffé jusqu'à 318 K en une durée d'environ 20 minutes au moyen de la double enveloppe. Puisque la température
augmente, la pression devrait également augmenter. La pression est toutefois maintenue constante à une valeur de 10 Mpa par ouverture de la vanne de sortie. Ces conditions supercritiques {CO2 à 318 K et 10 MPa) sont maintenues durant 30 minutes. The autoclave is then placed in supercritical condition so as to allow the drainage of C0 2 out of the autoclave in the absence of a gas / liquid interface which could damage the airgel. To do this, the autoclave is heated up to 318 K in a period of about 20 minutes by means of the jacket. Since the temperature increases, the pressure should also increase. The pressure is however kept constant at a value of 10 MPa by opening the outlet valve. These supercritical conditions (CO2 at 318 K and 10 MPa) are maintained for 30 minutes.
A la fin de cette période, l'agitation est arrêtée et l'autoclave est alors lentement ramené à la pression ambiante à un rythme de 0,1 à 0,4 MPa/min. At the end of this period, agitation is stopped and the autoclave is then slowly brought back to ambient pressure at a rate of 0.1 to 0.4 MPa / min.
On obtient ainsi des petits morceaux d'aérogel (poudre ou granules), sur lesquels on observe, par analyse, une surface spécifique BET d'environ 185 m2/g (à plus ou moins 10%) et, par microscopie électronique à balayage (MEB), une taille de particule d'environ 10 à 20 nm. Ces particules présentent donc une surface spécifique BET élevée à un point auquel on ne pouvait pas s'attendre par l'enseignement de l'état de la technique. Elles sont également nettement plus fines avec comme conséquence un accroissement de la densité des particules, une plus grande interconnection de celles-ci et donc une meilleure stabilité mécanique de l'aérogel. Small pieces of airgel (powder or granules) are obtained on which, by analysis, a BET surface area of about 185 m 2 / g (at plus or minus 10%) is observed and, by scanning electron microscopy (MEB), a particle size of about 10 to 20 nm. These particles therefore have a BET specific surface area raised to a point which could not be expected by the teaching of the state of the art. They are also much thinner with the consequence of an increase in the density of the particles, a greater interconnection of these particles and therefore a better mechanical stability of the airgel.
Exemple 2 Example 2
On prépare un alcogel comme indiqué dans l'Exemple 1 , à l'exception du fait que la température dans le réacteur est établie à 50°C au lieu de 30°C. L'augmentation de température entraîne un accroissement de la vitesse de formation du gel de sorte que le ge! se forme déjà dans le réacteur à ia fin de la carbonatation, peu après que le pH a atteint une valeur de 8,6. An alkogel is prepared as in Example 1 except that the temperature in the reactor is set at 50 ° C instead of 30 ° C. The increase in temperature causes an increase in the rate of formation of the gel so that the age! It is already formed in the reactor at the end of the carbonation, shortly after the pH reaches a value of 8.6.
Exemple 3 Example 3
On reprend les conditions de préparation d'alcogel de l'Exemple 1 . On obtient une poudre d'aérogel présentant une masse volumique apparente, observée conformément à la procédure décrite dans la norme EN459, d'environ 0,05 g/cm3 et une surface spécifique BET de 235 m2/g (à plus ou moins 10%). Cela suggère une taille de
particules sphériques, idéales, d'environ 10 à 20 nm, ce qui est confirmé par des images MEB. The alkogel preparation conditions of Example 1 are repeated. An airgel powder having a bulk density, observed in accordance with the procedure described in EN459, of about 0.05 g / cm 3 and a BET surface area of 235 m 2 / g (at plus or minus) is obtained. 10%). This suggests a size of spherical particles, ideal, about 10 to 20 nm, which is confirmed by SEM images.
L'échantillon d'aérogei est entreposé dans 2 récipients de 700 cm3 chacun. Un des récipients est laissé fermé, l'autre est ouvert régulièrement une fois par semaine. Après 4 mois, l'aérogel dans le récipient cios a diminué de 50 % en volume. L'aérogel dans le récipient régulièrement ouvert a dégénéré en environ 100 cm3 de poudre et ressemble à du carbonate de calcium précipité (CCP) de taille micronique. The airgel sample is stored in 2 containers of 700 cm 3 each. One of the containers is left closed, the other is open regularly once a week. After 4 months, the airgel in the cios container decreased by 50% in volume. The airgel in the regularly open container degenerated to about 100 cm 3 of powder and resembles precipitated calcium carbonate (PCC) of micron size.
La poudre provenant du récipient fermé présente encore une surface spécifique BET d'environ 180 m2/g et une taille de particules de l'ordre de 10 à 20 nm. La poudre provenant du récipient régulièrement ouvert présente par contre une surface spécifique BET de seulement 5 m g et une taille de particules de l'ordre du micron, ce qui montre encore un manque de stabilité, probablement en présence de l'humidité de l'air. En effet les nanocristaux de vatérite sont instables au contact de l'eau et ils recristallisent en cristaux de taille supérieure d'aragonite et de calcite. The powder from the closed container still has a BET specific surface area of about 180 m 2 / g and a particle size of the order of 10 to 20 nm. The powder coming from the regularly open container, on the other hand, has a BET specific surface area of only 5 mg and a particle size of the order of one micron, which again shows a lack of stability, probably in the presence of the humidity of the air. . In fact, vaterite nanocrystals are unstable in contact with water and they recrystallize into larger crystals of aragonite and calcite.
Exemple 4 Example 4
On procède à nouveau comme dans la préparation d'alcogel de l'Exemple 1 , à la différence qu'avant de procéder à l'injection du mélange de dioxyde de carbone et d'air technique, on ajoute à la suspension 0,3 % en poids, par rapport à la chaux éteinte mise en œuvre, de carbonate de calcium précipité sous forme de calcite et présentant une morphologie scalénoèdre (CCP de qualité de charge pour papier) et un diamètre moyen de particule de 2,5 pm. The procedure is repeated as in the preparation of alcogel of Example 1, except that before proceeding to the injection of the mixture of carbon dioxide and technical air, 0.3% is added to the suspension. by weight, in relation to the slaked lime used, calcium carbonate precipitated in the form of calcite and having a scalenohedron morphology (PCC paper grade) and an average particle diameter of 2.5 pm.
Après gélification, on prélève 50 g d'un échantillon qu'on soumet à la procédure de préparation d'aérogei décrite dans l'Exemple 1. Une analyse DRX révèle que la teneur en calcite a augmenté à 99,8 % en poids et que les particules d'aérogei consistent donc totalement en calcite. L'aérogel présente une surface spécifique BET de seulement
7,6 m2/g ce qui correspond à une taifle théorique, idéale, de particule sphérique d'environ 290 nm. Une taille de 200 à 300 nm environ est confirmée à l'observation d'images MEB qui montrent des particules rhomboédriques fortement interconnectées, présentant une porosité élevée interparticuiaire et entre les agglomérats. Cette matière a ensuite été entreposée pendant environ 8 mois à l'air ambiant, sans présenter de signe de dégradation, de dégénération, ou de recristallisation. After gelation, 50 g of a sample are taken and subjected to the airgel preparation procedure described in Example 1. A XRD analysis reveals that the calcite content has increased to 99.8% by weight and that the airgel particles therefore consist entirely of calcite. The airgel has a BET surface area of only 7.6 m 2 / g which corresponds to an ideal theoretical taifle of spherical particle of about 290 nm. A size of about 200 to 300 nm is confirmed by the observation of SEM images that show highly interconnected rhombohedral particles with high interparticle porosity and between agglomerates. This material was then stored for approximately 8 months in ambient air, with no signs of degradation, degeneration, or recrystallization.
Exemple 5 Example 5
On procède à nouveau comme dans la préparation d'alcogel de l'Exemple 1 , à la différence qu'avant de procéder à l'injection du mélange de dioxyde de carbone et d'air technique, on ajoute à la suspension 0,3 % en poids de saccharose, par rapport à la chaux éteinte mise en œuvre. The procedure is repeated as in the preparation of alcogel of Example 1, except that before proceeding to the injection of the mixture of carbon dioxide and technical air, 0.3% is added to the suspension. by weight of sucrose, relative to the slaked lime implemented.
Après gélification, on enlève 50 g d'un échantillon qu'on soumet à la procédure de préparation d'aérogel décrite dans l'Exemple 1 . Les analyses révèlent que la surface spécifique BET de l'aérogei est de 415 m2/g (à plus ou moins 10%). Cela suggère une taille de particule sphérique, idéale d'environ 5 nm. Par ailleurs, les analyses révèlent que la taille moyenne des pores BJH a augmenté de 10 nm dans l'aérogei de vatérite de l'Exemple 1 à 32 nm dans l'aérogei obtenu dans cet exemple. Par pression tactile sur l'aérogei obtenu, on peut se rendre compte qu'il atteste une nettement plus faible fragilité que les autres aérogels décrits dans les exemples précédents. After gelation, 50 g of a sample are removed and subjected to the airgel preparation procedure described in Example 1. The analyzes reveal that the BET specific surface area of the airgel is 415 m 2 / g (at plus or minus 10%). This suggests an ideal spherical particle size of about 5 nm. Furthermore, the analyzes reveal that the average BJH pore size increased by 10 nm in the vaterite aeragen of Example 1 to 32 nm in the airgel obtained in this example. By tactile pressure on the airgel obtained, it can be seen that it attests a significantly weaker brittleness than the other airgel described in the previous examples.
Exemple 6 Example 6
On prépare un aicogel comme indiqué dans l'exemple 1 , à la différence qu'avant de procéder à l'injection de dioxyde de carbone, on ajoute à la suspension 0,3% en poids de caicite, qui présente une morphologie de type scalénohèdre avec une taille de particules moyenne de caicite de 1 ,5 μιη, et 0,3 % en poids de sucrose (sucre de table) par rapport au poids de la chaux éteinte. Le gel obtenu est séché dans
l'autoclave comme expliqué dans l'exemple 1 au paragraphe « préparation d'un aérogel ». An aicogel is prepared as indicated in Example 1, except that before proceeding with the injection of carbon dioxide, 0.3% by weight of caicite, which has a scalenohedron-type morphology, is added to the suspension. with a mean particle size of caicit of 1, 5 μιη, and 0.3% by weight of sucrose (table sugar) relative to the weight of the slaked lime. The gel obtained is dried in the autoclave as explained in Example 1 in the paragraph "preparation of an airgel."
A l'issue du procédé, on obtient un aérogel blanc translucide présentant une surface spécifique BET de 140 m7g et un volume poreux BJH de 1 ,47 cm3/g (pour une taille de pore de 17 à 1000 A) et une taille de cristallite, estimée à l'aide de l'équation de Scherrer, de 30nm pour la calcite. At the end of the process, there is obtained a white translucent airgel having a BET surface area of 140 m 7 G and a BJH pore volume of 1, 47 cm 3 / g (for a pore size of 17 to 1000 A) and a size of crystallite, estimated using the Scherrer equation, of 30 nm for calcite.
La taille des particules de calcite calculée à partir de la surface spécifique BET vaut 20 nm, ce qui est d'ailleurs confirmé à l'observation des images MEB. Une analyse DRX révèle que le matériau est formé de calcite et aucune particule de vatérite ou d'aragonite n'a été détectée. The size of the calcite particles calculated from the BET surface area is 20 nm, which is confirmed by the observation of the SEM images. XRD analysis revealed that the material was calcite and no vaterite or aragonite particles were detected.
Exemple 7 Example 7
On prépare un xérogel comme indiqué dans l'exemple 1. Le gel ainsi obtenu est étalé sur une boîte de pétri et séché dans une étuve de séchage durant 8 heures à 50 °C jusqu'à ce que le gel soit stable en poids. Une poudre blanche est ainsi obtenue et présente une surface spécifique BET de 23,2 m2/g, un volume poreux BJH de 0,091 cm3/g (pour une taille de pore de 17 à 1000 À), une taille de cristallite, estimée à l'aide de l'équation de Scherrer, de 30 nm pour la calcite et de 20 nm pour la vatérite et une taille de particules de 100 nm, calculée à partir de la surface spécifique BET de la calcite, ce qui est d'ailleurs confirmé à l'observation des images MEB. Une analyse DRX révèle que le matériau consiste en 85 % en poids de vatérite et en 15 % en poids de calcite. A xerogel is prepared as in Example 1. The gel thus obtained is spread on a petri dish and dried in a drying oven for 8 hours at 50 ° C until the gel is stable by weight. A white powder is thus obtained and has a BET specific surface area of 23.2 m 2 / g, a BJH pore volume of 0.091 cm 3 / g (for a pore size of 17 to 1000 Å), an estimated crystallite size using the Scherrer equation, 30 nm for calcite and 20 nm for vaterite and a particle size of 100 nm, calculated from the BET specific surface area of calcite, which is elsewhere confirmed to the observation of SEM images. XRD analysis revealed that the material consisted of 85% by weight of vaterite and 15% by weight of calcite.
Exemple 8 Example 8
On prépare un xérogel comme indiqué dans l'exemple 1 , à la différence qu'avant de procéder à l'injection de dioxyde de carbone, on ajoute à la suspension 0,5 % en poids de calcite, qui présente une morphologie de type scalénohèdre avec une taille de particules moyenne de calcite de 1 ,5 μιτι, par rapport au poids de la chaux éteinte.
Le gel ainsi obtenu est étalé sur une boîte de pétri et séché dans une étuve de séchage durant 8 heures à 50°C jusqu'à ce que le gel soit stable en poids. On obtient une poudre blanche qui présente une surface spécifique BET de 5,5 m /g, un volume poreux BJH de 0,014 cm 3/g (pour une taille de pore de 17 à 1000 À), une taille de cristallite, estimée à l'aide de l'équation de Scherrer, de 87,8 nm et une taille de particules de 440 nm, calculée à partir de la surface spécifique BET de la calcite, ce qui est d'ailleurs confirmé à l'observation des images MEB. A xerogel is prepared as indicated in Example 1, except that before proceeding with the injection of carbon dioxide, 0.5% by weight of calcite, which has a scalenohedron-type morphology, is added to the suspension. with an average particle size of calcite of 1.5 μιτι, relative to the weight of the slaked lime. The gel thus obtained is spread on a petri dish and dried in a drying oven for 8 hours at 50 ° C until the gel is stable by weight. A white powder is obtained which has a BET specific surface area of 5.5 m 2 / g, a BJH pore volume of 0.014 cm 3 / g (for a pore size of 17 to 1000 Å), a crystallite size estimated at 1 using the Scherrer equation, 87.8 nm and a particle size of 440 nm, calculated from the BET specific surface area of calcite, which is confirmed by the observation of SEM images.
Une analyse DRX révèle que le matériau est uniquement formé de calcite. An XRD analysis reveals that the material is solely formed of calcite.
Exemple 9 Example 9
On prépare un xérogel comme indiqué dans l'exemple 1 , à la différence qu', avant de procéder à l'injection de dioxyde de carbone, on ajoute à la suspension 0,3% en poids de calcite, qui présente une morphologie de type scalénohèdre avec une taille de particules moyenne de calcite de 1 ,5 μηι, et 0,3 % en poids de sucrose par rapport au poids de la chaux éteinte. A xerogel is prepared as in Example 1, with the difference that, prior to the injection of carbon dioxide, 0.3% by weight of calcite, which has a similar morphology, is added to the suspension. scalenohedron with a mean particle size of calcite of 1.5 μηι, and 0.3% by weight of sucrose relative to the weight of the slaked lime.
Le gel ainsi obtenu est étalé sur une botte de pétri et séché dans une étuve de séchage durant 8 heures à 50°C jusqu'à ce que le gel soit stable en poids. On obtient un xérogel granulé gris-blanc (similaire à l'aérogel obtenu à l'exemple 6) qui présente une surface spécifique BET de 30,2 m2/g, un volume poreux BJH de 0,094 cm /g (pour une taille de pore de 17 à 1000 A), une taille de cristallite, estimée à l'aide de l'équation de Scherrer, de 29 nm pour la vatérite et de 46 nm pour la calcite et une taille de particules de 80 nm, calculée à partir de la surface spécifique BET de la calcite, ce qui est d'ailleurs confirmé à l'observation des images MEB. Une analyse DRX révèle que le matériau est constitué de 55,7 % en poids de vatérite et de 44,3 % en poids de calcite. The gel thus obtained is spread on a petriery bunch and dried in a drying oven for 8 hours at 50 ° C until the gel is stable by weight. A gray-white granular xerogel (similar to the airgel obtained in Example 6) is obtained which has a BET specific surface area of 30.2 m 2 / g, a BJH pore volume of 0.094 cm / g (for a size of pore from 17 to 1000 A), a crystallite size, estimated using the Scherrer equation, 29 nm for vaterite and 46 nm for calcite and a particle size of 80 nm, calculated from BET specific surface area of calcite, which is confirmed by the observation of SEM images. XRD analysis revealed that the material consisted of 55.7% by weight of vaterite and 44.3% by weight of calcite.
Exemple 10 Example 10
Dans un réacteur de 1dm3, on introduit 0,5 dm3 de méthanol analytique, 60 g de chaux éteinte et 0,2 g de sucrose pour préparer un
aérogeS de carbonate de calcium. Ensuite, la suspension ainsi obtenue, dans le réacteur fermé, est mélangée à 500 tpm durant 2 heures à une température de 55 °C à pression atmosphérique. Cela permet de former une suspension de méthanolate de calcium dans du méthanol. Ensuite, la température à l'intérieur du réacteur est amenée à 20 °C et un mélange liquide de dioxyde de carbone est injecté pour réaliser une carbo natation. L'excès de CO2 est éliminé par une valve de sortie. La réaction de carbonatation a lieu durant 2,5 heures à une pression de 7,5 MPa. Durant la première demi-heure, une chute de pression est observée à cause de l'absorption du dioxyde de carbone (C02) par l'alcogel. Par conséquent, une injection d'un mélange gazeux de dioxyde de carbone est réalisée plusieurs fois de façon à maintenir la pression de 7,5 MPa. In a reactor of 1 dm 3 , 0.5 dm 3 of analytical methanol, 60 g of slaked lime and 0.2 g of sucrose are introduced to prepare a airs of calcium carbonate. Then, the suspension thus obtained, in the closed reactor, is mixed at 500 rpm for 2 hours at a temperature of 55 ° C at atmospheric pressure. This makes it possible to form a suspension of calcium methanolate in methanol. Then, the temperature inside the reactor is brought to 20 ° C and a liquid mixture of carbon dioxide is injected to carry out a carbo-swimming. Excess CO2 is removed by an outlet valve. The carbonation reaction takes place for 2.5 hours at a pressure of 7.5 MPa. During the first half-hour, a pressure drop is observed due to the absorption of carbon dioxide (CO 2 ) by the alcogel. Therefore, an injection of a gaseous mixture of carbon dioxide is performed several times so as to maintain the pressure of 7.5 MPa.
Après une heure de réaction, la pression augmente spontanément jusqu'à 8,5 MPa et est maintenue constante jusqu'à la fin de la réaction qui se termine une heure et demi plus tard. After one hour of reaction, the pressure increases spontaneously up to 8.5 MPa and is kept constant until the end of the reaction which ends an hour and a half later.
Une injection d'un mélange gazeux de dioxyde de carbone à un débit de 200 g/min est réalisée durant 4 heures à une pression de 8,5 MPa pour extraire le solvant sous forme d'un mélange avec le C02 liquide via la valve de sortie. La température est ensuite amenée à 45 °C pour placer l'autoclave en condition supercritique (C02 à 318 K et 8,5 MPa) de façon à réaliser le drainage de CO2 durant 45 minutes. A la fin de cette période, une dépressurisation est effectuée durant 15 minutes à une température constante de 45 °C. An injection of a gaseous mixture of carbon dioxide at a flow rate of 200 g / min is carried out for 4 hours at a pressure of 8.5 MPa to extract the solvent in the form of a mixture with the liquid C0 2 via the valve Release. The temperature is then brought to 45 ° C to place the autoclave in supercritical condition (C0 2 at 318 K and 8.5 MPa) so as to achieve the drainage of CO2 for 45 minutes. At the end of this period, depressurization is carried out for 15 minutes at a constant temperature of 45 ° C.
A l'issue du procédé, un échantillon d'aérogel de 85 g est récupéré à partir de la suspension de chaux éteinte dans du méthanol de 560 g ce qui signifie qu'un rendement de 5,2 % en poids a été obtenu. Le rendement en volume est compris entre 120 et 140 % étant donné qu'un volume compris entre 0,6 et 0,7 dm3 a été produit à partir d'une suspension de 0,5 dm3.
Une analyse DRX révèle que le matériau consiste en un mélange de vatérite et de calcite. L'aérogel obtenu présente une surface spécifique BET de 350 m2/g et un volume poreux BJH de 2,33 cm3/g pour une taille de pore de 17 à 1000 A. La taille de cristallite de l'aérogel vaut 8 nm, pour la calcite et 9 nm pour la vatérite, la taille de cristallite étant estimée par l'équation de Scherrer. L'aérogel présente une taille de particules située dans le même ordre de grandeur que celui de la taille de cristallite. La taille de particules étant calculée à partir de la surface spécifique BET de la calcite. At the end of the process, an 85 g aerogel sample is recovered from the 560 g slaked lime slurry which means that a yield of 5.2% by weight has been obtained. The volume yield is between 120 and 140% since a volume between 0.6 and 0.7 dm 3 was produced from a suspension of 0.5 dm 3 . An XRD analysis reveals that the material consists of a mixture of vaterite and calcite. The airgel obtained has a BET surface area of 350 m 2 / g and a BJH pore volume of 2.33 cm 3 / g for a pore size of 17 to 1000 A. The crystallite size of the airgel is 8 nm. for calcite and 9 nm for vaterite, the crystallite size being estimated by the Scherrer equation. The airgel has a particle size in the same order of magnitude as that of the crystallite size. The particle size is calculated from the BET specific surface area of calcite.
La densité apparente de l'aérogel vaut 120 g/dm3 et a été obtenue en respectant la norme EN 459. La conductivité thermique de l'aérogel correspond à 22.2 mW/m/K pour une densité tassée de 150 g/dm3, estimée à l'aide d'un conductomètre à haut débit de type Netzsch HF 436 Lambda. La valeur de 22,2 mW/m/K indique que l'aérogel obtenu peut être utilisé dans le domaine de l'isolation thermique. The apparent density of the airgel is 120 g / dm 3 and was obtained in compliance with the EN 459 standard. The thermal conductivity of the airgel corresponds to 22.2 mW / m / K for a packed density of 150 g / dm 3 . estimated using a Netzsch HF 436 Lambda high-speed conductometer. The value of 22.2 mW / m / K indicates that the airgel obtained can be used in the field of thermal insulation.
Exempte 11 Exempt 11
On prépare des xérogeis et des aérogels comme indiqué dans les précédents exemples. Les xérogeis et les aérogels obtenus sont caractérisés par rapport au volume poreux BJH pour des tailles de pores allant de 17 à 1000 A et par rapport au diamètre moyen des pores. Ces deux paramètres peuvent être mesurés à l'aide d'appareils couramment utilisés pour mesurer des surfaces spécifiques BET, tel que le Micromeritics Tristar. Xerogeis and aerogels are prepared as indicated in the previous examples. The xerogeis and aerogels obtained are characterized with respect to the pore volume BJH for pore sizes ranging from 17 to 1000 A and with respect to the average pore diameter. These two parameters can be measured using devices commonly used to measure BET specific surfaces, such as Micromeritics Tristar.
L'influence de la surface spécifique BET, de la taille des cristallites et de l'ajout d'additifs sur les deux paramètres précités a été analysée. The influence of the BET surface area, the size of the crystallites and the addition of additives to the two parameters mentioned above was analyzed.
Il a été constaté que la faible densité surprenante des aérogels et des xérogeis provient du fait que chacun desdits gels est composé d'un réseau de particules qui encerclent les pores. Il est préférable que la taille apparente des particules observée à partir d'images MEB (microscopie électronique à balayage) ou calculée à partir
de !a surface spécifique BET, soit relativement faible. Il est également avantageux que le rapport entre la taille des particules apparentes et la taille des cristallites soit faible. It has been found that the surprisingly low density of aerogels and xerogeis results from the fact that each of said gels is composed of a network of particles which encircle the pores. It is preferable that the apparent particle size observed from SEM images (scanning electron microscopy) or calculated from BET specific surface area is relatively low. It is also advantageous if the ratio between the size of the apparent particles and the size of the crystallites is small.
Les figures 1a et 1 b représente l'influence d'additifs sur le volume poreux BJH d'aérogels et sur le diamètre moyen des pores BJH d'aérogeis obtenus selon l'invention. Il a été observé que l'ajout de sucrose dans ies aérogels obtenus selon l'invention permet d'augmenter de manière significative leur volume poreux BJH (figure 1 a) et leur diamètre moyen des pores BJH (figure 1 b). FIGS. 1a and 1b show the influence of additives on the airgel BJH volume of aerogels and on the average diameter of the airgel BJH pores obtained according to the invention. It has been observed that the addition of sucrose in the aerogels obtained according to the invention makes it possible to significantly increase their pore volume BJH (FIG. 1 a) and their mean pore diameter BJH (FIG. 1b).
La figure 1b permet aussi d'illustrer la différence structurelle qui existe entre les aérogels ayant une surface spécifique BET supérieure à 100 m2/g et ceux présentant surface spécifique inférieure à 100 m2/g. Ces derniers présentent un diamètre moyen des pores BJH d'environ 70 à 150 A, tout comme les xérogels décrits ci-dessous. Nous observons également que les volumes poreux de ces aérogels sont similaires à ceux des xérogefs. FIG. 1b also makes it possible to illustrate the structural difference that exists between aerogels having a BET specific surface area greater than 100 m 2 / g and those having a specific surface area of less than 100 m 2 / g. The latter have an average BJH pore diameter of about 70 to 150 A, as do the xerogels described below. We also observe that the porous volumes of these aerogels are similar to those of xerogefs.
La figure 2a illustre l'influence de l'ajout d'additifs sur le volume poreux BJH et sur le diamètre moyen des pores BJH des xérogels obtenus selon l'invention. On peut observer à la figure 2a que l'ajout d'additifs dans des xérogels obtenus selon l'invention permet d'augmenter à la fois le volume poreux BJH et la surface spécifique BET de ces gels. Par contre, l'augmentation de la surface spécifique BET ne permet pas d'améliorer le diamètre moyen des pores de ces gels (figure 2b). FIG. 2a illustrates the influence of the addition of additives on the porous volume BJH and on the average diameter of the pores BJH of the xerogels obtained according to the invention. It can be seen in FIG. 2a that the addition of additives in xerogels obtained according to the invention makes it possible to increase both the pore volume BJH and the BET specific surface area of these gels. On the other hand, the increase of the BET surface area does not make it possible to improve the average pore diameter of these gels (FIG. 2b).
La figure 3 représente la relation entre la surface spécifique Figure 3 shows the relationship between the specific surface area
BET et le volume poreux BJH d'aérogels obtenus selon l'invention et présentant une surface spécifique BET inférieure à 40 m2/g. BET and the pore volume BJH of aerogels obtained according to the invention and having a BET specific surface area of less than 40 m 2 / g.
Les figures 4 et 5 illustrent respectivement des images MEB d'un aérogel de caicite et d'un xérogel de caicite obtenu selon l'invention et présentant une surface spécifique BET de 7,1 m2/g.
Les figures 3 à 5mettent en évidence le fait que pour des surfaces spécifiques BET comparables, les xérogels et les aérogels obtenus selon l'invention présentent des volumes poreux BJH et des tailles de pores très similaires. FIGS. 4 and 5 respectively show SEM images of a caicite airgel and a caicate xerogel obtained according to the invention and having a BET specific surface area of 7.1 m 2 / g. Figures 3 to 5 show that for comparable BET specific surfaces, xerogels and aerogels obtained according to the invention have very similar BJH porous volumes and pore sizes.
Les figures 6a et 6b représentent l'influence de l'ajout d'additifs sur la taille des cristallites et des particules de xérogels et d'aérogels obtenus selon la présente invention. On peut observer à la figure 6a que la taille des cristallites augmente avec la taille des particules apparentes des aérogels. Cela indique que, lorsque la surface spécifique BET diminue, les particules apparentes et les tailles de cristallite grossissent. Figures 6a and 6b show the influence of adding additives on the size of the crystallites and xerogel and aerogel particles obtained according to the present invention. It can be seen in FIG. 6a that the size of the crystallites increases with the size of the apparent particles of the aerogels. This indicates that as BET surface area decreases, apparent particles and crystallite sizes increase.
Nous pouvons également noter que l'augmentation des tailles de cristallite est plus importante pour la calcite (figure 6a) que pour la vatérite (figure 6b). Dès lors, si un échantillon contient un mélange de calcite et de vatérite, les cristallites de calcite auront généralement une taifie plus grande. We can also note that the increase in crystallite sizes is greater for calcite (Figure 6a) than for vaterite (Figure 6b). Therefore, if a sample contains a mixture of calcite and vaterite, the calcite crystallites will generally have a larger size.
Pour des surfaces spécifiques BET comparables, les xérogels et les aérogels obtenus selon l'invention présentent des tailles de cristallite très similaires.
For comparable BET specific surfaces, the xerogels and aerogels obtained according to the invention have very similar crystallite sizes.