Développement de catalyseurs SCR à base de vanadium thermiquement stables en vue d'un couplage avec un filtre à particules

Development of SCR catalysts based on thermally stable vanadium with a view to coupling to a particulate filter

• Auteur / Autrice : Sylvain Gillot
• Direction : Pascal Granger, Christophe Dujardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 20/11/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• 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

Ammoniac

Tungstène

Catalyseurs au vanadium

Synthèse hydrothermale

Oxydes d'azote

Moteurs diesel -- Gaz d'échappement

Mots clés libres

Réduction sélective catalytique

Résumé

Cette étude recouvre une partie des objectifs concernant la mise au point des systèmes de post-traitement plus compacts destinés au traitement de gaz de combustion de véhicules Diesel. Les travaux concernent le développement de catalyseurs thermiquement stables pour la réduction sélective des NOx par l’ammoniac en vue de leur intégration dans un filtre à particules. Un premier volet montre qu’il est possible de stabiliser l’état de dispersion du vanadium dans une phase CeVO4 de structure quadratique après vieillissement hydrothermal jusqu’à 600°C. L’étude réalisées sur les mélange gazeux de compositions réalistes montre des résultats catalytiques intéressants après vieillissement à 500°C en condition Fast-SCR (NO/NOx=0,5), Standard-SCR (NO/NOx=1) et NO2-SCR (NO/NOx=0,7). Pour des températures de vieillissement intermédiaires l’extraction partielle de la structure d’espèces VOx pourrait expliquer l’activité singulière de ces catalyseurs supérieure à celle observée sur V2O5 supporté. Toutefois, un traitement hydrothermal à 850°C accélère ces transformations entrainant une perte conséquente d’activité. Une substitution partielle du vanadium par du tungstène permet d’obtenir un gain d’activité après vieillissement à 600 et 850°C attribué à une stabilisation plus importante des espèces VOx. D’une manière globale l’ajout de tungstène renforce les propriétés acides et redox permettant de maintenir des conversions supérieures sur une plage de température plus importante. Une composition a été optimisée, CeV0.95W0.05O4, permettant une conversion en NOx supérieure à 75% entre 250 et 400°C en condition Fast-SCR après vieillissement à 850°C.

This study relates to a part of the objectives concerning the elaboration of compact post-treatment systems used for the elimination of combustion gas in Diesel vehicles. This manuscript is about the development of thermally stable catalysts for the selective reduction of NOx by ammonia. Afterwards the most promising catalysts could be integrated inside a particulate filter. The first results of this PhD indicate that it is possible to stabilize the state of the vanadium dispersion inside a tetragonal CeVO4 phase after a hydrothermal ageing until 600°C. The study realized on realist gas mixtures shows interesting catalytic results after an ageing at 500°C in Fast-SCR (NO/NOx = 0,5), Standard-SCR (NO/NOx = 1) and NO2-SCR (NO/NOx = 0,7) conditions. For intermediate ageing temperatures, the partial extraction of VOx species from the structure could explain the superior activity of these catalysts compared to the common V2O5 supported catalysts. However, a hydrothermal treatment at 850°C speeds up these transformations, leading to an important loss of activity. A partial substitution of the vanadium by the tungsten allows to obtain an increase of the activity after an ageing at 600°C and 850°C attributed to a better stabilization of the VOx species. Globally, the presence of tungsten strengthens the acid and redox properties. These improvements could explain the superior conversion occuring on a wider temperature range. CeV0.95W0.05O4, an optimized formulation, is able to get a NOx conversion superior to 75% between 250 and 400°C in Fast-SCR condition after an ageing at 850°C.