Séminaire RMP: Dr. Adilson Samba (RMP, Navier)

B202 (Carnot)
4 Dec 2025

Osmotic Compression–Driven Zeolite Formation: In Situ Monitoring of Gel-to-Crystal Transition by ¹H NMR Relaxometry.

Abstract:

Zeolites are crystalline aluminosilicates with high porosity and tunable surface properties, widely used as catalysts, adsorbents, and ion exchangers. Their conventional hydrothermal synthesis, however, is energy-intensive and poorly suited for real-time monitoring of the gel-to-crystal transition. In this work, we introduce an alternative, low-energy approach for zeolite synthesis based on osmotic compression of aluminosilicate gels. By applying a controlled osmotic pressure gradient using polyethylene glycol (PEG) solutions across a semi-permeable membrane, water is extracted from the gel, inducing densification and subsequent crystallization at room temperature.

To probe the kinetics of water transport and gel-to-crystal transformation, we developed a non-invasive in situ monitoring strategy using ¹H NMR relaxometry. A custom-designed, 3D-printed miniaturized osmotic cell compatible with NMR measurements enables the real-time acquisition of T₂ relaxation distributions. These distributions provide quantitative information on water populations (free vs. bound) and their evolution during osmotic stress.

Our results reveal a clear correlation between gel shrinkage, T₂ decay, and zeolite formation, confirming that proton NMR relaxation is a sensitive probe of structural evolution during osmotic compression. In addition, the water transfer measured by 1H NMR was successfully predicted by a diffusion-type model based on the aluminosilicate particle volume fraction. This methodology establishes a novel, energy-efficient, and physically insightful route for zeolite synthesis and opens prospects for monitoring and controlling phase transitions in colloidal or gel-based materials under osmotic confinement.

Bio:

Adilson Francisco Luís SAMBA, à la suite de mes études d’ingénieur en génie des procédés et bioprocédés à l’Ecole Polytechnique de l’université de Nantes (2016-2019) avec une spécialisation sur la modélisation des phénomènes de transferts et les outils numériques appliqués au génie des procédés, j’ai poursuivi une thèse de doctorat en Génie des procédés et des produits à l’université de lorraine (2021-2024), au laboratoire LRGP de Nancy (Laboratoire de Réactions et Génie des Procédés). Mes travaux de thèse portaient sur la caractérisation expérimentale et modélisation des fluides rhéologiquement évolutifs, j’ai développé une approche globale permettant de simuler à la fois une cinétique rhéochimique comme les réactions de polymérisation ainsi que les cinétiques rhéophysiques comme la viscoélasticité, la thixotropie, gélification. Le but était de développer un modèle facilement implémentable dans les codes de calculs CFD comme Ansys Fluent, Comsol, etc., pour simuler l’écoulement de ces fluides dans des situations industriels (procédés d’émulsification, extrusion réactive, erc.).  Actuellement, depuis Mars 2025, je travaille en tant qu’ingénieur post-doctorant au CEA Marcoule en collaboration avec le laboratoire Navier, dans le cadre du projet Amorçage. Il s’agit de synthétiser des nanomatériaux (zéolites, MOFs) par compression osmotique monitorés par la RMN 1H