Synthèse directe de diméthyle éther à partir de CO2/H2

Direct dimethyl ether synthesis from CO2/H2

• Auteur / Autrice : Qian Jiang
• Direction : Anne-Cécile Roger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse hétérogène
• Date : Soutenance le 28/02/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Louis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Pinard, Pascale Massiani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déshydratation

Méthanol

Hydrogénation

Catalyse hétérogène

Méthyl éther

Mots clés libres

DME

Hydrogénation du CO2

Déshydratation du méthanol

Al-TUD-1

DME

CO2 hydrogenation

Methanol dehydration

Al-TUD-1

Résumé

DME est un carburant propre qui contribue à diminuer les émissions de gaz à effet de serre; il est aussi une molécule plate-forme pour le stockage d'énergie. L'objectif de la thèse est le développement de matériaux catalytiques bifonctionnels pour la synthèse directe de DME à partir de CO2/H2 à partir de Cu/ZnO/ZrO2 comme le catalyseur de la synthèse de méthanol à partir de CO2/H2 et Al-TUD-1 comme le catalyseur de déshydratation du méthanol en DME. Dans cette thèse, Al-TUD-1 a été étudiée comme un catalyseur de la déshydratation du méthanol en DME pour la première fois. Son activité en déshydratation du méthanol en DME augmente avec la diminution du rapport Si/Al. Les catalyseurs bifonctionnels ont été préparés par un procédé de dépôt par co-précipitation. Le SMSI a été démontré et était bénéfique pour la dispersion de cuivre métallique, la surface de cuivre métallique augmente avec le rapport Si/Al. Dans le même temps, on a observé le blocage des sites acides d'Al-TUD-1 par le cuivre. Afin d'exposer les sites acides d'Al-TUD-1, la méthode de « core-shell » a été adoptée pour préparer le catalyseur bifonctionnel. Elle aide à libérer la fonction acide en empêchant son blocage par le cuivre. Cette méthode de synthèse a été bénéfique pour la stabilité des particules de cuivre métalliques, mais des faibles conversions de CO2/H2 ont été observées en raison de l'inaccessibilité du noyau. Un autre catalyseur bifonctionnel a été préparé par une méthode de mélange physique pour comparaison. L'optimisation du catalyseur bifonctionnel Cu/ZnO/ZrO2@Al-TUD-1 pour la synthèse directe de DME à partir de CO2/H2 a permis d'éclairer les principaux paramètres affectant le contact intime de deux fonctions catalytiques: surface et dispersion du cuivre, les propriétés acide et basic, la présence d'eau et l'accessibilité des sites actifs pour les réactifs.

DME is a clean fuel that helps to diminish the emissions of green house gases; it is as well a platform molecule for the energy storage. The objective of the thesis is the development of bifunctional catalytic materials for the direct DME synthesis from CO2/H2 based on Cu/ZnO/ZrO2 as the methanol synthesis from CO2/H2 catalyst and Al-TUD-1 as the methanol dehydration to DME catalyst. In this thesis, Al-TUD-1 was investigated as the methanol dehydration to DME catalyst for the first time. The methanol dehydration to DME performance increases with the decrease of Si/Al ratio. The bifunctional catalysts were prepared by co-precipitation deposition method. The SMSI was demonstrated and was beneficial for the metallic copper dispersion, the metallic copper surface area increases with the Si/Al ratio. In the same time the blockage of acid sites of Al-TUD-1 by copper was observed. In order to expose the acid sites of Al-TUD-1, the core shell method was adopted to prepare the bifunctional catalyst. It helps to free the acid function preventing its blockage by copper. This method of synthesis was beneficial for the stability of metallic copper particles, but performed low conversions of CO2/H2 due to the inaccessibility of the core. Another bifunctional catalyst was prepared by physically mixing method for comparison. The optimization of the bifunctional Cu/ZnO/ZrO2@Al-TUD-1 catalyst for the direct DME synthesis from CO2/H2 allowed enlightening the main parameters that affect the intimate contact of two catalytic functions: copper surface area and dispersion, acid and basic properties, water presence and the accessibility of the active sites for the reactants.