Characterization of commercial and synthesized materials intended to adsorb methane and nitrous oxide present in gaseous emissions and modeling of adsorption

Les activités humaines ont généré une augmentation importante de la concentration de gaz à effet de serre (GES) au cours des 150 dernières années, ce qui est relié à plusieurs problèmes environnementaux, tels que le réchauffement planétaire et les changements climatiques. Le secteur agricole contribue de 8 à 10% aux émissions totales de GES dans l'atmosphère, et les principaux GES émis sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O). Le contrôle et la quantification de ces émissions requièrent des technologies qui permettent de les capturer et ou les dégrader, par exemple par adsorption. L'objectif du présent projet est de caractériser des matériaux qui puissent être utilisés comme adsorbants des GES et de décrire leurs cinétiques d'adsorption afin d'avoir l'information qui permet de sélectionner des adsorbants pour capturer le CH4 et le N2O à des basses concentrations et à température et pression ambiantes. Pour adsorber le CH4, des adsorbants commerciaux et synthétiques ont été utilisés. Les adsorbants choisis ont été des zéolithes, un biocharbon conditionné au laboratoire et un ZIF (« Zeolitic imidazolate framework », ZIF-8) synthétisé au laboratoire. Ce dernier a été employé aussi pour adsorber du N2O. La capacité d'adsorption de CH4 et de N2O a été évaluée pour chaque adsorbant par de tests dynamiques d'adsorption du gaz sous conditions ambiantes. Ces matériaux ont été caractérisés physiquement et chimiquement afin de corréler leurs propriétés avec la capacité d'adsorption de CH4 et/ou de N2O. Des isothermes d'équilibre ont été utilises pour modéliser les donnés expérimentales. Parmi les différents matériaux utilisés lors de l'adsorption du CH4 à 30 ºC et à pressions partielles de CH4 inférieures à 0,40 kPa, les biocharbons présentent la capacité d'adsorption la plus élevée, suivis par le ZIF-8 et les zéolithes commercialesHuman activities contributed with a significant increase in GHG concentrations over the past 150 years and they are related to environmental issues, such as global warming and climate change. The agricultural sector contributes 8 to 10% of total GHG emissions to the atmosphere, being carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) the main GHGs emitted. The control and quantification of these emissions requires technologies which can capture and or degrade these GHG, for example by adsorption. The objective of this project is to characterize adsorbents and to describe their adsorption kinetics in order to select the most suitable for the adsorption of CH4 and N2O at low concentration and at ambient temperature. For CH4 adsorption, commercial and synthesized adsorbents were tested. The selected adsorbents were commercial zeolites, laboratory conditioned biochar and synthesized ZIF ("Zeolitic imidazolate framework"). ZIF was also used for N2O adsorption. The adsorption capacity of CH4 and N2O for each adsorbent was evaluated by dynamic adsorption tests of the gas under atmospheric conditions. These materials were physically and chemically characterized in order to correlate its properties with its CH4 and/or N2O adsorption capacity. The experimental data of gas adsorption were fitted by equilibrium isotherms. Among the different materials used for CH4 adsorption at 30 ºC and partial pressures lower than 0.40 kPa, biocharbons presented the highest adsorption capacity, followed by ZIF- 8 and commercial zeolite