Synthèse et caractérisation des oxydes mixtes type MxOy-TiO2 (M = V, Zr et Si) par voie sol-gel. Application à l'époxydation du cyclohexène

Synthesis and characterization mixed oxides kind TiO2- MxOy (M = V, Zr and Si) by sol-gel route. Application to the epoxidation of cyclohexene

• Auteur / Autrice : Driss Lahcene
• Direction : Laurence Pirault-Roy, Abderrahim Choukchou-Braham
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 13/06/2013
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université Abou Bekr Belkaid (Tlemcen, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Redouane Bachir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Pirault-Roy, Abderrahim Choukchou-Braham, Redouane Bachir, Charles Kappenstein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkader Bengueddach, Pascal Granger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydroperoxyde de tert-butyle

Cyclohexène

Époxydation

Oxydes mixtes

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Sol-gel

Oxydes mixtes

Époxydation cyclohexène

Époxyde de cyclohexène

V2O5-TiO2

ZrO2-TiO2

SiO2-TiO2

Sol-gel

Mixed oxide

Epoxidation of cyclohexene

Cyclohexene oxide

V2O5-TiO2

ZrO2-TiO2

SiO2-TiO2

Résumé

L'objectif de ce travail est : (i) pour préparer des oxydes mixtes X% MxOy-TiO2 (M = V, Zr et Si), (X = 5, 10, 15 et 20 wt-.% MxOy.) par la méthode sol-gel et suivie par une calcination à 500° C, (ii) de caractériser les échantillons préparés par différentes méthodes d'analyse physico-chimique (AAF, ICP, DRX, BET, TG-DTA et FT-IR) et (iii) d'étudier leur réactivité dans l'époxydation de cyclohexène.D'après les résultats des caractérisations, nous constatons que :- L'analyse DRX montre que pour les trois systèmes nous avons l'apparition de la phase anatase de TiO2. La meilleure cristallinité a été observée pour le système en présence de V2O5. La phase de SiO2 est amorphe et la phase de ZrO2 n'a pas été détectée.- L'analyse par adsorption d'azote, donne le classement de ces systèmes selon leurs surfaces spécifiques comme suit :SiO2-TiO2>ZrO2-TiO2>V2O5-TiO2- L'analyse FT-IR de l'adsorption de la pyridine in situ montre que les trois systèmes présentent des sites acides de Lewis, alors que le 15%V2O5-TiO2 présente en plus les sites de Brönsted.Nous avons étudié aussi l'influence de divers paramètres expérimentaux sur la réaction d'époxydation du cyclohexène. Les résultats des tests catalytiques montrent que :- Les meilleurs résultats sont obtenus pour le système V2O5-TiO2.- Les meilleurs solvants sont l'heptane et l'acétonitrile qui donnent une bonne activité catalytique et une bonne sélectivité en époxyde.- La réaction d'époxydation du cyclohexène est une réaction du second ordre.- Le catalyseur 20% V2O5-TiO2 est stable au cours de la réaction catalytique et recyclable.

الهدف من هذا العمل هو تحضير أكاسيد المختلطةX%MxOy-TiO2, (M = V, Zr et Si), (X = 5, 10, 15 et 20 %) ، حيث X هو نسبة كتلة MxOy. تشخيص ودراسة نشاطها في اكسدة الهكسن الحلقي بوجود (TBHP) في الطور السائل. تم تحضير هذه أكاسيد المختلطة بطريقة sol-gel و حرقها تحت درجة حرارة 500 وتشخص هذه المواد بطرق مختلفة من التحليل الفيزيائية و الكيميائية (AAF, ICP, DRX, BET, ATG-ATD et FT-IR)وفقا لنتائج التشخيص نستخلص مايلي:-التحليل DRX تبين أن الأنظمة الثلاثة لديها طور anatase TiO2 ولوحظ أفضل التبلور في وجود نظام V2O5. وقد وجد طور rutile من TiO2 عن عينة 5%ZrO2-TiO2، في حين أن طور SiO2 غير متبلور ولم يتم الكشف طور ZrO2- تحليل عن طريق امتزاز النيتروجين BET ويعطي تصنيف هذه النظم حسب المساحة المحددة على النحو التالي:SiO2-TiO2> ZrO2-TiO2> TiO2-V2O5- أظهر تحليل FTIR بامتصاص بيريدين أن جميع الأنظمة الثلاثة لديها مواقع حمض لويس، في حين أن15%V2O5-TiO2 لديه بالإضافة مواقع برونستيد.درسنا أيضا تأثيرعدة عوامل التجريبية على تفاعل اكسدة الهكسن الحلقي بما في ذلك تأثير المذيب، كتلة المحفز، دراسة استقرار المحفز ودراسة الحركية التفاعل لتحسين المردودية و الانتقائية لإيبوكسيد.نتائج التفاعل المحفز تظهر أن:- تم الحصول على أفضل النتائج بوجود النظام V2O5-TiO2- أفضل المذيبات هي هيبتان والأسيتونيتريل لإعطاء فعالية جيدة وانتقائية عالية لإيبوكسيد.- تم الحصول على أفضل النتائج في حالة 100 و 150 ملغ مع تحويل 46 و 53٪ على التوالي. ولوحظ ان أفضل الانتقائية لإيبوكسيد (79٪) سجلت عند 100 ملغ من20 % V2O5-TiO2.رتبة تفاعل اكسدة الهكسن الحلقي في وجود 150 ملغ من 20 % V2O5-TiO2هي رتبة اثنين. المحفز 20 % V2O5-TiO2 هو مستقر خلال تفاعل تحفيز ومناسبة لإعادته عدة مرات.كلمات المفتاحية: سول جل، أكاسيد المختلطة، أكسدة الهكسن الحلقي، أوكسيد الهكسن الحلقي V2O5-TiO2, ZrO2-TiO2, SiO2-TiO2 ,

The aim of this work is: (i) to prepare mixed oxides X%MxOy-TiO2 (M = V, Zr and Si), (X = 5, 10, 15 and 20 wt.-% MxOy) by sol-gel method followed by calcination at 500°C, (ii) to characterize the prepared samples by different methods of physicochemical analysis (AAF, ICP, XRD, BET, TG-DTA and FT-IR) and (iii) to study their reactivity in the epoxidation of cyclohexene. According to the characterization results, we found that:- The XRD analysis shows that, for the three systems, TiO2 anatase has been evidenced. The best crystallinity was observed for the V2O5-TiO2 system. The TiO2 rutile phase has been obeserved for sample 5% ZrO2-TiO2, while the SiO2 phase is amorphous and ZrO2 phase was not detected.- Analysis by nitrogen adsorption, gave the sorting of these systems according to their specific surface areas as follows: SiO2-TiO2 > ZrO2-TiO2 > TiO2-V2O5- The FTIR analysis of in situ pyridine adsorption showed that all three systems display Lewis acid sites, whereassample 15% V2O5-TiO2 present Bronsted sites too.We studied the effect of different reaction parameters in the oxidation of cyclohexene. The results of the catalytic tests show that:- The best results are obtained for V2O5-TiO2 system.- The best solvents are heptane and acetonitrile which give good catalytic activity and high epoxide selectivity.- The epoxidation reaction of cyclohexene is a second-order reaction.- The catalyst 20%V2O5-TiO2 is stable during the catalytic reaction and suitable for recycling.