Hydrogen production from steam reforming of ethanol over an Ir/ceria-based catalyst : catalyst ageing analysis and performance improvement upon ceria doping

par Fagen Wang

Thèse de doctorat en Catalyse

Sous la direction de Claude Mirodatos et de Wenjie Shen.

Le jury était composé de Hélène Provendier, Claude Descorme.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Clacens, Anjie Wang, Anne-Cécile Roger.

  • Titre traduit

    Production d'hydrogène par vapo-reformage de l'éthanol sur catalyseurs à base d'iridium sur cérine : analyse du vieillissement et optimisation des performances par dopage de la cérine


  • Résumé

    Ce travail rapporte l’étude des processus de désactivation et des modifications d’un catalyseur Ir supportésur cérine en vaporeformage de l’éthanol. Différentes causes de désactivation ont été identifiées selon lesconditions opératoires : température, temps de contact et temps de réaction. La désactivation initiale,rapide mais limitée a été attribuée à la restructuration de surface de la cérine et à la formation d’unemonocouche d’intermédiaires de type acetate, carbonate et hydroxyls. En parallèle, une désactivationlente et progressive a été mise en évidence, ayant pour origine les changements structurels de l’interfaceentre la cérine et l’iridium, liés au frittage des particules d’iridium et à la restructuration profonde de lacérine. Par contre, la formation continue, à température modérée, d’une couche de carbone encapsulantissu de la polymérisation d’intermédiaires C2 n’a pas semblé contribuer significativement à ladésactivation du catalyseur dans nos conditions opératoires. Pour limiter ce phénomène de désactivation,des modifications ont été apportées au catalyseur. Le dopage du catalyseur par PrOx a permis defortement améliorer la capacité de stockage de l’oxygène et la stabilité thermique du catalyseur,entraînant une augmentation de son activité et de sa stabilité en vaporeformage de l’éthanol. Lecatalyseur Ir/CeO2 a ensuite subi une mise en forme de la cérine (nano-tubes), avec une influencesignificative sur l'activité et la stabilité en vaporeformage de l’éthanol, liée à des effets structuraux. Unemodélisation simplifiée de ces divers phénomènes a également contribué à soutenir les propositionsoriginales de ce travail.


  • Résumé

    The objective of the thesis was to analyze the ageing processes and the modifications of an Ir/CeO2catalyst for steam reforming of ethanol. Over a model Ir/CeO2 catalyst, the initial and fast deactivationwas ascribed to ceria surface restructuring and the build-up of intermediates monolayer (acetate,carbonate and hydroxyl groups). In parallel, a progressive and slow deactivation was found to come fromthe structural changes at the ceria/Ir interface linked to Ir sintering and ceria restructuring. Theencapsulating carbon, coming from C2 intermediates polymerization, did not seem too detrimental to theactivity in the investigated operating conditions. By doping ceria with PrOx, the oxygen storage capacityand thermal stability were greatly promoted, resulting in the enhanced activity and stability. The Ir/CeO2catalyst was then modified by changing the shape of ceria. It was found that the shape and therefore thestructure of ceria influenced the activity and stability significantly. A simplified modeling of theseprocesses has contributed to support the new proposals of this work.


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