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Faure, Benjamin. Synthèse et caractérisation de nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la dépollution de l'air

Faure, Benjamin (2014). Synthèse et caractérisation de nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la dépollution de l'air.

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Résumé en francais

L'objectif de ce travail de thèse est de synthétiser et d'optimiser de nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la dépollution de l'air. Ces catalyseurs sont des nanomatériaux, issus d'un procédé sol/gel au voisinage de la température ambiante et en solution aqueuse. L'ajustement de certains paramètres de synthèse permet de contrôler la structure cristalline, la morphologie, la taille, la porosité et la dispersion des particules submicroniques en solution. La viscosité des suspensions ainsi obtenues étant facilement ajustable, celles-ci peuvent être déposés sur différents types de substrat pour la mise en forme de matériaux fonctionnels. Cette étude se concentre sur deux grandes familles de matériaux : les alumines mésoporeuses et les oxydes mixtes de métaux de transition. Nous avons tout d'abord synthétisé des catalyseurs à base d'alumine gamma à porosité modulable, en combinant l'utilisation de tensioactifs non ioniques (copolymères triblocs) avec l'ajout de nitrates métalliques dans un sol de nanoparticules de boehmite (AlOOH). L'élimination du tensioactif, lors du traitement thermique nécessaire à la transformation de la boehmite en alumine gamma, permet de conserver un réseau extrêmement poreux. La distribution poreuse étant intimement liée à la concentration et au type de nitrate métallique employé, il est possible d'ajuster les propriétés texturales des matériaux dans un large domaine de porosité (volume poreux : de 0,3 à 2,6 cm3/g, taille moyenne des pores : de 5 à 40 nm et surface spécifique allant de 300 à 500 m2/g). Les alumines de transition présentent une grande stabilité thermique, cependant au-delà d'une température limite (< 900°C) la structure cristalline de ces alumines de transition évolue vers l'alumine alpha (corindon), qui est la forme thermodynamiquement stable. Cette transformation s'accompagne d'une diminution drastique de la porosité et de la surface spécifique (< 1 m²/g). Nous avons montré que l'ajout de nitrate de lanthane permet de stabiliser fortement l'alumine à haute température qui peut conserver une grande porosité même après calcination à 1200°C (Sp = 80 m2/g et Vp = 0,6 cm3/g). Cette stabilisation peut être expliquée par la combinaison de deux effets, l'adsorption du copolymère sur les particules aciculaires de boehmite empêche leur réarrangement pendant le séchage et permet de maintenir un réseau poreux après calcination, et l'inhibition du frittage grâce à la formation d'espèces thermiquement stables entre les sites actifs de surface (site fortement électrophiles) et les atomes de lanthane. La deuxième partie de cette étude se focalise sur la préparation de catalyseurs à base d'oxydes mixtes à structure spinelle pour l'oxydation à basse température (< 50°C) du monoxyde de carbone (CO) et du propane (C3H8). Ces matériaux ont été préparés selon deux voies de synthèse différentes : la précipitation d'hydroxydes métalliques en milieu dilué et la précipitation d'oxalates mixtes. Dans le cas de la précipitation d'hydroxydes, afin de synthétiser des matériaux ayant une large gamme de surface spécifique et de porosité, différents paramètres ont ainsi été étudiés (pH, ajout de tensioactifs, d'oxydant) et ont conduit, pour certains, à des oxydes dont les porosités sont largement supérieures à celles reportées dans la littérature (Sp = 240 m2/g et Vp = 1,7 cm3/g). La deuxième voie de synthèse utilisée comporte deux étapes, la précipitation d'oxalates mixtes suivies de leur décomposition thermique sous pression partielle d'oxygène réduite (4%). Le contrôle précis de la réaction de décomposition, fortement exothermique, permet d'obtenir des matériaux à grande surface spécifique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Alphonse, Pierre
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :Boehmite - Alumines de transition mésoporeuses - Copolymère tribloc - Porosité hiérarchisée - Volume poreux - Oxyde mixte de métaux de transition - Oxalate - Hydroxyde - Tensioactif - Concentration micellaire critique - Cristallinité - Spinelle - Oxydation monoxyde de carbone - Oxydation totale du propane - Destruction des COVs
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :20 Jun 2017 15:29