Calorimétrie d'adsorption de CO₂ et C₂H₄ sur des zéolites A échangées par Co²⁺ et Zn²⁺

Laboratoire Science des Surfaces et Matériaux Carbonés, Unité Associée au CNRS n° 413, Institut National Polytechnique de Grenoble, ENS d'Électrochimie et d'Électrométallurgie, BP 75, F-38402 Saint-Martin-d'Hères, France.

Résumé

De fortes énergies d'adsorption de CO₂ sur NaA (de l'ordre de 120 kJ par mole), correspondant à moins de 0,3 site par cavité α, ont été attribuées à la chimisorption de CO₂ sur certains cations sodium. Ces sites disparaissent dès 20% d'échange des cations sodium par des cations divalents cobalt ou zinc.

Au contraire, cet échange cationique provoque l'apparition de sites à haute énergie d'adsorption avec C₂H₄, en nombre limité (moins de 1 ou 1.5 par cavité α), et pouvant correspondre à des cations divalents en site I, déplacés vers la cavité α

Abstract

Heat of adsorption of CO₂ and C₂H₄ have been measured at 293 K and 353 K in a isothermal microcalorimeter. Adsorbents were samples of zeolite NaA exchanged at different levels with cobalt or zinc cations.

High values of the heat of adsorption (about 120 kJ per mole) are displayed at low carbon dioxide adsorbed amounts (always less than 0.3 CO₂ per cage). The number of high energy sites diminishes as the exchange level increases, whatever the cation introduced, and vanishes after 20% of Na⁺ is removed. This kind of adsorption is tentatively attributed to the formation of a carboxylate species on a Na⁺ cation, which may be in site 1. Two alternative hypotheses involving NaIII were discarded. For higher adsorbed amounts, the heat of adsorption follows a plateau, up to 4-5 CO₂ per α cage. The height of the plateau (35-45 kJ per mole) is only slightly sensitive to the cation exchange level.

High initial values of the heat of C₂H₄ adsorption are also found at low coverage, followed by a plateau up to 4-5 C₂H₄ per α cage. The number of high energy sites increases with the cobalt or zinc content, but does not exceed 1 or 1.5 per α cage. These sites may be ascribed to certain divalent cations in site I, slightly displaced towards the α cage.