Thèse soutenue

Valorisation d’alcanes légers par voie catalytique
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Auteur / Autrice : Li Zhang
Direction : Benjamin KatryniokFranck Dumeignil
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Molécules et matière condensée
Date : Soutenance le 12/10/2021
Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 / UCCS
Jury : Président / Présidente : Sébastien Paul
Examinateurs / Examinatrices : Joris Thybaut
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Millet, Nadine Essayem

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'oxydation sélective de l'isobutane (IBAN) en méthacroléine (MAC) et en acide méthacrylique (MAA) est d’un grand intérêt pour l'industrie chimique ainsi que pour la recherche fondamentale. Les avantages de cette réaction proviennent non seulement de son faible coût en matière première et de la simplicité du procédé, mais aussi de l’absence de réactifs toxiques et de la réduction des déchets. Des études ont montré que les hétéropolycomposés à structure Keggin (sous forme d'acide partiellement neutralisé pour en augmenter la stabilité) présentent les meilleures performances catalytiques pour l’activation de l'isobutane. Cela est dû à leurs propriétés d'acidité et d'oxydoréduction fortes et modifiables. Dans cetravail, des hétéropolyacides de type Keggin (HPA) contenant du rubidium ou du césium comme contre-cations, ont été préparés et supportés sur silicecommerciale. Plus précisément, les phases actives Cs2H2PMo11VO40 (CsV1), Cs2.5H2.5PMo10V2O40 (CsV2), Rb2H2PMo11VO40 (RbV1) et Rb2.5H2.5PMo10V2O40 (RbV2) ont été supportées sur CARiACT SiO2, avec différentes teneurs en poids (10-50 Pds%). Il a été démontré que la stabilité thermique et la réductibilité des HPA ont été améliorées grâce au support. Les propriétés texturales, les caractéristiques structurelles, les propriétés d'acidité et d'oxydoréduction et la stabilité des catalyseurs ont été étudiées à l'aide de diverses techniques afin d'établir des corrélations entre les propriétés physico-chimiques des échantillons et leurs performances catalytiques. Les résultats de la performance catalytique de l'isobutane en MAA et MAC ont montré qu'une densité de sites acides équilibrée est nécessaire pour catalyser efficacement la conversion de l'isobutane en MAA + MAC. En plus du développement du catalyseur, l'utilisation de nouvelles configurations de réacteurs a été étudiée pour diminuer la formation de produits de suroxydation.En plus du réacteur à lit fixe, l'oxydation de l'isobutane en MAC et MAA a également été appliquée dans deux autres types de réacteurs : le réacteur de type pulsé et le lit fluidisé à deux zones. Ces réacteurs découplent les étapes d’oxydation du réactif et de ré-oxydation du catalyseur selon le mécanisme redox de Mars et Van Krevelen. L'influence de divers paramètres de réaction, tels que le rapport molaire oxygène/isobutane, la température de réaction et le temps de cycle, a été étudiée. De manière surprenante, dans aucun de ces réacteurs, une performance comparable à celle du réacteur à lit fixe n'a été atteinte.