Oxydation des composés organiques volatils en présence de catalyseurs Au et/ou Pd déposé sur TiO₂ nanostructuré dopé

Total oxidation of VOCs over Au and/or Pd loaded nanostructured doped TiO₂

• Auteur / Autrice : Tarek Barakat
• Direction : Stéphane Siffert, Renaud Cousin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 31/10/2012
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Lamonier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy De Weireld
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bao-Lian Su, Vasko Idakiev

Mots clés

Mots clés contrôlés

Butanone

Toluène

Or

Matériaux nanostructurés

Oxyde de titane

Catalyseurs au palladium

Oxydation

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Dopage

TiO₂ macro-mésoporeux

Palladium

Or

Oydation catalytique

Toluène

Butanone

Operando

Catalitic oxidation

Doping

Operando

Résumé

Dans ce travail, l'oxydation totale du toluène et de la butanone sur des catalyseurs à base d'or et de palladium supportés sur un oxyde de titane macro-mésoporeux a été étudiée. Nous avons tout d'abord discuté l'effet bénéfique du dopage (V, Nb, Fe, Ce, Ni) du support TiO₂ macro-mésoporeux sur l'activité catalytique de ce matériau. Une interaction existant entre le dopant et le support a joué un rôle important dans l'augmentation de l'activité des matériaux dopés par rapport à celle du titane pure. Une phase active constituée d'or et/ou de palladium a été ensuite déposée sur les solides dopés et la performance des catalyseurs préparés a été suivie dans l'oxydation du toluène et de la butanone. La présence de la phase active a assuré une sélectivité totale pour le CO₂ avec la formation de sous-produits en particulier dans l'oxydation de la butanone. Par ailleurs, l'oxydation du mélange des deux COVs a montré l'existence d'une compétition entre les molécules en terme d'adsorption sur le support, ce qui a favorisé leur éliminationà de basses températures. Une étude operando DRIFT réalisée dans l'oxydation du mélange toluène/butanone a vérifié la présence de cette compétition.

In this work, the total oxidation of toluene and butanone over noble metal loaded doped titanium oxide supports has been investigated. The study focused firstly on showing the effect of doping a macro-mesoporous titania with metal oxide supports in the oxidation of VOCs. It seems that doping enhances the performance of the used solid in VOC oxidation reactions. We proved that this increase can be directly related to interactions between the dopants and the support. Then, an active phase made of noble metals has been loaded onto both best performing doped materials as to study the role played by this active phase in oxidation reactions. It appears that the presence of noble metals increases the catalytic performance of prepared materials and reduces the formation of toxic by-products such as CO. Butanone elimination proved to be harder that toluene oxidation, whereas when catalysts were exposed to a mixture of toluene and butanone, the presence of both VOCs prompted a competitive effect in the adsorption of both molecules onto the support, which facilitated their oxidation rate. An FTIR operando study illustrated the changes occuring in used catalysts in the oxidation of the VOC mixture, and verified the existence of this competitive effect.