Etude des propriétés physico-chimiques et catalytiques des solides à base de ruthénium : applications dans des réactions d'intérêts environnementaux : oxydation des suies, des COV et vaporeformage du méthanol

Study of the physico-chemical and catalytic properties of ruthenium base solids : applications in reactions of environmental interests : oxidation of soot, VOC and steam reforming of methanol

• Auteur / Autrice : Samer Aouad
• Direction : Edmond Abi Aad, Antoine Aboukaïs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Littoral
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Catalyse et Environnement (Dunkerque, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthanol

Alumine

Oxydes de cérium

Noir de carbone

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Oxydation catalytique

Oxyde de ruthénium

Vaporeformage

Résumé

Les catalyseurs à base de ruthénium supporté sur cérine, alumine et supports mixte sont étudiés dans la combustion du noir de carbone, l’oxydation des COV et le vaporeformage du méthanol. Les catalyseurs supportés sur cérine sont réactifs et sélectifs pour la formation de CO2 dans les réactions d’oxydation. Cela est lié à la présence de deux espèces oxydes de ruthénium différentes en interaction avec la cérine. Ces deux espèces sont facilement réductibles à faibles températures. Il est également démontré, que la teneur optimale de ruthénium sur la cérine est de 1,5% en masse. Pour des teneurs plus élevées, la réactivité n’est plus améliorée suite à la formation d’agglomérats de RuO2 moins réactifs que les oxydes de ruthénium, en interaction avec la cérine, dans les réactions d’oxydation. Le mécanisme réactionnel de combustion du noir de carbone en présence des solides à base de ruthénium passe par une réaction de réduction des espèces oxydes de ruthénium en interaction avec la cérine. Ces espèces s’oxydent de nouveau par réaction avec l’oxygène de la phase gazeuse. Un mécanisme similaire est envisagée dans l’oxydation des COV. L’effet thermique lié à l’oxydation catalytique du COV est mis en évidence dans la combustion simultanée des suies et des COV. Ce résultat montre la possibilité d’une application à l’élimination des suies émises par les moteurs Diesel et certaines industries. Dans le vaporeformage du méthanol, le rôle promoteur du support cérine est mis en évidence. L’interaction entre cérine et ruthénium semble être également responsable de l’élimination du monoxyde de carbone des produits de la réaction. L’addition de palladium permet d’améliorer la sélectivité en H2.

Ruthenium supported on ceria, alumina and mixed supports catalysts are studied in carbon black combustion, VOC oxidation and steam reforming of methanol. Ruthenium supported on ceria catalysts are active and selective for CO2 formation in oxidation reactions. This is correlated to the presence of two different species of ruthenium oxides in interaction with ceria. These two species are easily reducible at low temperature. It is also showed that the optimal content of ruthenium on ceria is about 1,5wt. %. For higher contents, the reactivity is no more improved due to the formation of RuO2 agglomerates which are less reactive than ruthenium oxides in interaction with ceria. The carbon black oxidation mechanism in the presence of our catalysts begins with the reduction of ruthenium oxide species in interaction with ceria. These species are then oxidized again by reaction with the oxygen present in the gaseous phase. A similar mechanism is envisaged in the oxidation of the VOCs. The thermal effect related to the catalytic oxidation of VOC is then evidenced in the simultaneous combustion of soot and VOC. This result confirms that it is possible to use our catalysts to eliminate soot emitted by Diesel engines and some industries. The positive role of ceria support is pointed out in the steam reforming of methanol reaction. The interaction between ceria and ruthenium seems to be also responsible for the carbon monoxide elimination from reaction products. The presence of palladium improves the H2 selectivity in the reaction.