Etude de catalyseurs Pd/Au déposés sur oxydes poreux, TiO2 et TiO2-ZrO2, hautement structurés vis-à-vis de l'oxydation des Composés Organiques Volatils (COV)

Study of catalytic systems Pd/Au on porous oxides, TiO2 and TiO2-ZrO2, highly structures for Volatile Organic Compounds (VOC) oxidation

• Auteur / Autrice : Mahsa Hosseini
• Direction : Antoine Aboukaïs, Stéphane Siffert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Littoral
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Catalyse et Environnement (Dunkerque, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Or

Catalyseurs au palladium

Oxydation

Composés organiques volatils

Catalyse

Mots clés libres

TiO2 mésoporeux

TiO2-ZrO2 macro-mésoporeux

Oxydes poreux

Résumé

Au cours de ce travail de thèse, des catalyseurs supportés à base de palladium et/ou or ont été synthétisés par imprégnation et déposition sur des supports TiO2 mésoporeux et oxydes mixtes TiO2-ZrO2 macro-mésoporeux hautement structurés (avec des rapports molaires Ti/Zr de 80/20, 50/50 et 20/80). Les caractérisations physico-chimiques des catalyseurs synthétisés ont été effectuées par une série de techniques telles que l’adsorption-désorption d’azote, la Réduction en Température Programmée, la Diffraction de Rayons X, les Spectroscopies Infra Rouge et UV-Visible en Réflexion Diffuse et l’Analyse Thermique. La performance catalytique des matériaux nanostructurés a été testée dans l'oxydation totale du toluène et du propène dans un microréacteur fixe et par IRTF en réflexion diffuse «operando». Quel que soit le support, le système Pd-Au déposé est un catalyseur très actif dans la réaction d’oxydation des COV. Pour les catalyseurs à base de TiO2-ZrO2 (TZ), l’activité catalytique varie en fonction du rapport molaire Ti/Zr. La plus grande activité de PdAu/TZ 80/20 peut être reliée à une plus grande teneur en Ti et aussi à la présence d’un effet de synergie entre le palladium et l’or. La réaction catalytique suivie par IR «operando» a permis de suivre l’oxydation des COV mais aussi l’adsorption de la molécule à oxyder qui augmente dans l’ordre inverse de l’activité catalytique.

Two nanostructured materials have been synthesized : mesoporous TiO2 and macromesoporous TiO2-ZrO2 mixed oxides with various Ti/Zr mole ratios of 80/20, 50/50 and 20/80. These solids present a well defined macro-mesoporous structure and a high specific surface. The supports were all impregnated by 0. 5 or 1. 5wt% of palladium and 1wt% of gold. Gold was deposited using Deposition-Precipitation method and a solution containing HauCl4. Palladium supported samples were prepared by aqueous impregnated method using palladium nitrate. The solids obtained were all characterized by transmission electron microscopy, thermal analysis, specific areas measurements, X-ray diffraction, H2 temperature programmed reduction, electron paramagnetic resonance and diffuse reflectance UV-Visible spectroscopy. The catalysts were tested for toluene and propene total oxidation in a conventional fixed bed micro reactor and with “operando” Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) spectroscopy in which H2O and CO2 were found to be the only products at total conversion. Depending on the order of the deposition of the palladium and gold, the Pd-Au/Porous material sample shows significantly a higher conversion in comparison with the Au-Pd/Porous material sample. The best activity for Pd-Au/Porous material can be explained by a core-shell morphology with a gold-rich core and a palladium-rich surface and the less activity of Au-Pd/Porous material by an inverse core-shell. For the TiO2-ZrO2, whatever the impregnated active phase, the more the Ti/Zr ratio the more the activity for toluene and propene total oxidation. “Operando” DRIFT allowed following the VOC oxidation but also siggesting a adsorption of the VOCs molecules which increases in the same order than he activity for oxidation reaction.