Étude de l’ajout de métaux (Pt, Pd, Mn et Cu) sur hydroxyapatite : apport de la flexibilité du support dans l’oxydation catalytique totale du toluène

Study of metal (Pt, Pd, Mn and Cu) addition over hydroxyapatite : contribution of the support flexibility to the total catalytic oxidation of toluene

• Auteur / Autrice : Dayan Chlala
• Direction : Jean-François Lamonier, Madona Labaki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 28/10/2015
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs à base de métaux du groupe du platine

Catalyseurs au cuivre

Catalyseurs au manganèse

Hydroxyapatite

Toluène

Oxydation

Composés organiques volatils

Catalyse hétérogène

Mots clés libres

Oxydation totale

Résumé

Le traitement de la pollution atmosphérique par catalyse hétérogène nécessite la mise au point de nouveaux systèmes catalytiques toujours plus efficaces. Dans le cadre de l’oxydation catalytique d’un composé organique volatil (toluène), nous avons développé des catalyseurs en utilisant un support non conventionnel : l’hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2). Des hydroxyapatites de rapports molaires Ca/P différents ont été synthétisées pour servir de support de phase active (platine, palladium, or, manganèse ou cuivre). Nous avons notamment pu mettre en évidence que l’utilisation de précurseurs azotés pour la phase active conduisait inévitablement à la présence de nitrates en surface de l’hydroxyapatite même après une activation de cette dernière à 400 °C. La quantité de nitrates à la surface de l’hydroxyapatite est dépendante du rapport Ca/P. Dans le cas du platine, nous avons pu mettre en évidence une corrélation entre le degré d’oxydation de l’élément et la quantité de nitrates. Pour une teneur à 10% en poids de Mn, il est possible d’obtenir des espèces très dispersées grâce à une excellente interaction avec le calcium du support. En revanche, dans le cas du cuivre, l’utilisation d’une faible teneur (2,5 %) permet la formation de petits agrégats de CuO très dispersés en faible interaction avec le support. Les résultats catalytiques obtenus dans l’oxydation totale du toluène ont pu être en partie corrélés aux propriétés physicochimiques de ces nouveaux matériaux.

Treatment of air pollution by heterogeneous catalysis requires the development of new more efficient catalytic systems. For the catalytic oxidation of a volatile organic compound (toluene), we have developed catalysts using an unconventional support: the hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2). Hydroxyapatites with different Ca/P molar ratio were synthesized in order to be used as support for the active phases platinum, palladium, gold, manganese, and copper. In particular, we were able to demonstrate that the use of nitrogen-containing precursors for the active phase inevitably led to the presence of nitrates on the hydroxyapatite surface even after an activation at 400 °C. The amount of nitrate on the surface of the hydroxyapatite depends on the Ca/P ratio. In the case of platinum, we were able to demonstrate a correlation between the degree of oxidation of the element and the amount of nitrates. For a 10 weight % of Mn, it is possible to obtain highly dispersed species due to the excellent interaction with the calcium of the support. However, in the case of copper, the use of a low content (2.5 wt %) allows the formation of small highly dispersed aggregates of CuO with weak interaction with the support. The catalytic results in complete oxidation of toluene have been partly correlated with the physico-chemical properties of these new materials.