Préparation, caractérisation et réactivité de catalyseurs xerogels et aerogels à base de zirconium, d’aluminium et de porosité contrôlée pour les réactions d’estérification et d’hydrogénation

Preparation, characterization and reactivity of xerogels and aerogels based on zirconium and aluminum of controlled porosity for esterification and hydrogenation reactions

• Auteur / Autrice : Wafa Ksila
• Direction : Alain Rives, Mohamed Kadri Younes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 20/11/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• 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 - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 / UCCS
• Jury : Président / Présidente : Noureddine Amdouni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Massiani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Essayem, Kais Nahdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie)

Biocarburants

Catalyse hétérogène

Hydrogénation

Estérification

Aérogels

Xérogels

Alumine

Zircone

Mots clés libres

Acide tellurique

Tellurure de nickel

Nitrate de nickel

Zirconium

Aluminium

Xerogel aerogel

Nickel Tellurium

Esterification

Hydrogenation

Résumé

Les oxydes de zirconium et d’aluminium sont des matériaux de grande stabilité thermique dans des conditions différentes et ont une surface dotée de sites acido-basiques modulables. La modification de ces oxydes par un oxo-anion, par une fonction acide et/ou métallique leur donne plus de stabilité, inhibe le frittage et développe l’acidité de leur surface et par suite ils peuvent être utilisés dans plusieurs réactions catalytiques en tant que phase active ou support.Les travaux de cette thèse portent sur la synthèse, la caractérisation et la valorisation de deux types de catalyseurs xerogels et aerogels à base d’oxydes de zirconium et d’aluminium. Nous avons fait le choix d’utiliser l’acide tellurique comme modulateur de l’acidité des supports à base de zircone et d’alumine et d’associer le nickel à l’acide tellurique pour faire des phases de tellure de nickel sur ces supports permettant la réaction d’isomérisation.Dans un premier volet, des catalyseurs xerogels et aerogels à base de zircone et d’alumine dopées par l’acide tellurique ont été synthétisés par voie « sol-gel » puis caractérisés et valorisés dans la réaction d’estérification de l’acide acétique par l’alcool benzylique comme réaction modèle pour la synthèse de biodiesel. Une étude cinétique et mécanistique ainsi que la détermination des grandeurs thermodynamiques pour la réaction d’estérification ont été réalisées en présence du catalyseur ayant les meilleures performances catalytiques.Le second volet de cette thèse porte sur la synthèse des catalyseurs xerogels et aerogels à base de zircone et d’alumine dopées par l’acide tellurique et les nitrates de nickel en une seule étape, toujours synthétisés par voie « sol-gel ». Ces catalyseurs ont été caractérisés puis testés dans la réaction d’hydrogénation isomérisation du 1-hexene comme réaction modèle pour la reformulation d’essence. Nous montrerons que la présence de nickel dans la préparation empêche la formation d’une phase Zr-Te, caractérisée sur le support seul modifié par l’acide tellurique.

Zirconium and aluminum oxides are materials of great thermal stability under different conditions and have a surface with modulable acid-base sites. The modification of these oxides by an oxo-anion, by an acid and / or metallic function gives them more stability, inhibits sintering and develops the acidity of their surface and consequently they can be used in several catalytic reactions as active phase or support.The work of this thesis focuses on the synthesis, characterization and upgrading of two types of xerogels and aerogels catalysts based on zirconium and aluminum oxides. Telluric acid was chosen as a modulator of the acidity of supports based on zirconia and alumina. Nickel was combined with telluric acid to make nickel tellurium phases on these supports, allowing the isomerization reaction.In a first part, xerogels and aerogels catalysts based on zirconia and alumina doped with telluric acid were synthesized by the “sol-gel” route then characterized and tested in the esterification reaction of acetic acid by benzyl alcohol as a model reaction for the synthesis of biodiesel. A kinetic and mechanistic study as well as the determination of the thermodynamic quantities for the esterification reaction were carried out in the presence of the catalyst having the best catalytic performance.The second part of this thesis focuses on the synthesis of zirconia and alumina-based xerogels and aerogels catalysts doped with telluric acid and nickel nitrates in one-pot, always synthesized by the ''sol-gel'' route. These catalysts were characterized and then tested in the isomerization hydrogenation reaction of 1-hexene as a model reaction for gasoline reformulation. We will show that the presence of nickel in the preparation prevents the formation of a Zr-Te phase, characterized on the support alone modified by telluric acid.