Carbures de molybdène catalyseurs supportés pour hydrogénation de l'acide succinique et du dioxyde de carbone

Hydrogenation of succinic acid and carbon dioxide over molybdenum carbide catalysts

• Auteur / Autrice : Marwa Abou Hamdan
• Direction : Catherine Pinel, Noémie Perret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/05/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Fongarland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Pinel, Noémie Perret, Laurent Delannoy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Royer, Florence Epron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde de carbone

Acide succinique

Hydrogénation

Carbure de molybdène

Mots clés libres

Carbure de molybdène

Hydrogénation

Acide succinique

Phase aqueuse

Dioxyde de carbone

Phase gazeuse

Support de TiO2

Molybdenum carbide

Hydrogenation

Succinic acid

Aqueous phase

Carbon dioxide

Gas phase

TiO2 support

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de carbures de molybdène sur support afin de tester leurs performances catalytiques dans des réactions d’hydrogénation. Dans ce but, la conversion d'acide succinique en phase aqueuse dans un réacteur discontinu et du dioxyde de carbone en phase gazeuse dans un réacteur à flux continu, ont été effectuées. Les catalyseurs ont été préparés par la méthode de carburation par réduction en température programmée, pendant laquelle des paramètres ont été modifiés conduisant à différents rapports molybdène/carbone. Les différents catalyseurs testés dans cette réaction étaient actifs pour la conversion de l'acide succinique en gamma-butyrolctone et, plus remarquablement, en acide butyrique, ce dernier n'était pas obtenu en quantités significatives avec des catalyseurs à base de métaux précieux. L’augmentation de la conversion d’acide succinique avec une sélectivité plus élevée en acide butyrique a été faite avec les catalyseurs contenant plus de carbone, préparés en augmentant la vitesse spatiale horaire gazeuse. Les intermédiaires ont été ensuite convertis en tétrahydrofurane, butanol, 1,4-butanediol et butane. La désactivation observée lors de recyclage du catalyseur a été principalement attribuée à une diminution de la quantité de molybdène et de carbone carbidique, démontrée par l'analyse XPS. Des essais préliminaires de ces catalyseurs dans l'hydrogénation du dioxyde de carbone ont montré qu'ils fonctionnaient principalement en tant que catalyseurs pour la réaction du gaz à l’eau inverse, et l'excès de carbone entrave l'activité catalytique d'une manière opposée à la réaction en phase aqueuse. Le support semble jouer un rôle dans la réactivité des catalyseurs, la conversion du dioxyde de carbone ainsi que la sélectivité en méthane et méthanol, qui ont augmenté dans l'ordre suivant: carbure de molybdène sur support DT51 TiO2> P25 TiO2 ˜ ZrO2

This work focuses on the synthesis of supported molybdenum carbides and evaluating their catalytic performance in succinic acid hydrogenation reactions in aqueous phase using batch reactor and carbon dioxide hydrogenation in gas phase using continuous flow reactor. The catalysts were prepared by the temperature programmed reduction carburization method, where the parameters were modified leading to different molybdenum to carbon ratios. The different catalysts tested were active in converting succinic acid to gamma butyrolctone and more remarkably butyric acid which is not reported in significant quantities in this reaction with precious metal based catalysts. The catalysts containing more carbon contents that were prepared by increasing the gas hourly space velocity showed higher activity in converting succinic acid and higher selectivity to butyric acid. The intermediates were then converted to tetrahydrofuran, butanol, 1,4-butanediol and butane gas. The deactivation observed while recycling the catalyst was mainly attributed to a decrease in the amounts of carbidic molybdenum and carbidic carbon, as demonstrated by XPS analysis. Preliminary tests for these catalysts in carbon dioxide hydrogenation showed that they functioned mainly as reverse water gas shift catalysts, and the excess of carbon hinders the catalytic activity in an opposite manner of the reaction in aqueous phase. The support seems playing a role in the reactivity of the catalysts, carbon dioxide conversion as well as methane and methanol selectivity increased in the order: molybdenum carbide supported on DT51 TiO2 > P25 TiO2 ˜ ZrO2