Preparation and characterization of iron-exchanged zeolites in environmental pollution application for de-NOx

• Auteur / Autrice : Anna Plesniar
• Direction : Olivier Marie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Catalyse hétérogène

Cinétique chimique

Oxydation

Catalyseurs au fer

Résumé

Dans ce travail, la réaction d'oxydation du NO-en-NO2 a été étudiée, dans le but de consolider certaines hypothèses mécanistiques établies pour la SCR des NOx par NH3. Une première étape de ce travail a consisté à préparer des échantillons de zéolithe de type fer. La caractérisation d’échantillons frais et vieillis de façon hydrothermale a ensuite été conduite au moyen de la spectroscopie IR. L’activité des catalyseurs a enfin été étudiée pour la réaction d’oxydation de NO en NO2 signalée comme l'étape déterminante dans l'élimination des NOx par NH3. Des zéolithes échangées au fer ont donc été utilisées comme catalyseurs actifs et leur vieillissement a été étudié en utilisant un certain nombre de techniques de caractérisation de surface, comme la diffraction des rayons X, MET, BET, Mössbauer, FTIR et la spectroscopie I. R operando. Le premier objectif principal de cette thèse a été de déterminer la technique de préparation la plus pertinente de catalyseurs Fe-FER et de leurs mécanismes de dégradation sous différentes conditions de vieillissement. Le deuxième objectif de cette recherche est de trouver, via la méthodologie operando, le meilleur mécanisme pour l’oxydation de NO-en-NO2 décrite comme l’étape déterminante de l’élimination des NOx par NH3. Les résultats de cette thèse peuvent être utilisés dans le développement de meilleurs catalyseurs appliqués en réduction des NOx par NH3. Ces derniers posséderont une bonne résistance aux changements physiques et chimiques, et préserveront une capacité d'oxydation de NO-en-NO2 intéressante et donc une bonne efficacité dé-NOx.

The aim of this work was first to characterize exchanged Fe2+ cations in fresh and aged FeFER catalysts by IR spectroscopy and then to study NO-to-NO2 oxidation ability which is the determing step in NOx removal by SCR with NH3. Fe exchanged zeolite-based were used as active catalysts and their aging-induced changes were studied by surface characterization techniques, such as X-ray diffraction, TEM, BET, Mössbauer, FTIR and operando spectroscopy. The aging was applied in a series of FeFER catalysts for which the effects of increasing temperatures under wet atmosphere were considered. The main goal of this thesis is to determine the preparation technique of Fe-FER catalysts together with their ‘degradation’ mechanisms under different aging conditions. The catalyst’s properties, thus, the applicability of multiple techniques will provide a larger view of the aging phenomenon of FeFER catalysts. The second goal of this research is to find, by mean of the operando methodology, the best mechanism for NO-to-NO2 oxidation which is described as the rate determing step of SCR with NH3. The catalytic properties of iron-containing ferrierite under reaction conditions were thus investigated in this contribution. The results of this thesis can be used in the development of better catalysts used in SCR with NH3 that are resistant in particular to physical and chemical changes while preserving interesting NO-to-NO2 oxidation capacity and thus NOx SCR efficiency.