Elaboration, mise en forme et résistance mécanique de bi-matériaux sphériques : application en catalyse

Elaboration, shaping and mechanical strength characterization of spherical core-shell materials : application in catalysis

• Auteur / Autrice : Samy Ould-Chikh
• Direction : Mehrdji Hemati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse1992-....)

Résumé

Cette étude est consacrée à l'élaboration, la mise en forme et à la caractérisation de la résistance mécanique de bi-matériaux sphériques. Ce type de matériaux peut être utilisé en extrême périphérie. Ainsi, il est proposé de remplacer le support classique par des matériaux à base d'alumine comportant une couche de grande surface spécifique d'épaisseur contrôlée, supportés sur des billes de très faible surface spécifique. La surface spécifique importante de la couche permet un dépôt sélectif de la phase métallique dans cette même couche lors de l'imprégnation de précurseurs. A l'issur de cette étude, nous avons établi qu'il est possible d'obtenir des bi-matériaux sphériques par deux voies. La première fait intervenir un enrobage des coeurs d'alumine alpha par granulation des charges d'alumine gamma en utilisant un sol de boehmite en tant que liant. L'autre voie consiste en la pulvérisation de codispersions &queuses de boehmite et d'alumine gamma ou encore de sols de boehmite dans un lit fluidisé chaud de particules d'alumine alpha. Les résultats obtenus ont montré que les contraintes générées par le retrait après gélification de la boehmite au cours du séchage conditionnent les propriétés des couches formées. Ainsi, l'utilisation de sol de boehmite gélifiant avec une teneur en eau réduite, le choix d'une taille de cristallite de boehmite, le couplage d'une opération de séchage à la mise en forme, l'ajout d'une composante ductile au gel de boehmite (alcool polyvinylique) permettent d'améliorer la qualité des couches obtenues après séchage. Ces bi-matériaux, ont conduit à l'obtention des catalyseurs à base de palladium pour lesquels la phase métallique était essentiellement déposée dans l'épaisseur de la couche. L'évaluation de ce type de solide en hydrogénation sélective a montré des activités et des sélectivités très élevées.

This study deals with the elaboration, shaping and mechanical strength charactérization of spherical core-shell materials. Such materials can be used as supports for the preparation of catalysts with the active phase distributed at the extreme outer layer. Thus, it is proposed to replace typical supports by low surface alumina area beads coated with a high specific surface area alumina layer of controlled thickness. The high specific surface area alumina layer allows a selective deposition of the metallic phase in this layer via impregnation of precursors. From this study, we have conclued that it is possible to form spherical core-shell materials by two routes. The first one involves the coating of alpha alumina cores by granulation of gamma alumina fillers using a boehmite sol as binder. The other route consists in pulverisation of aqueous co-dispersions of boehmite and gamma alumina or boehmite sols in a hot fluidized bed of alpha alumina beads. The results showed that the stress generated by shrinkage of boehmite gelation during drying governs the properties of the formed layers. Thus, the use of boehmite sol gelling with reduced water content, the choice of boehmite crystallite size, the coupling of a drying operation to shaping, the introduction of a ductile component to the boehmite gel (polyvinylic alcohol) allow to improve the layer quality after drying. These core-shell materials led to palladium based catalysts on which the mettalic phase was mainly deposited in the shell thickness. The evaluation of this kind of solids in selective hydrogenation showed high activity and selectivity.