Nano-oxyhydrures à base de Ni et cérine, ou cérine dopée avec Zr ou Al, pour la production d'H2 par vaporeformage oxydant à basse température de l'éthanol
Auteur / Autrice : | Noura Haidar |
Direction : | Louise Jalowiecki-Duhamel |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 13/12/2021 |
Etablissement(s) : | Université de Lille (2018-2021) |
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 |
Jury : | Président / Présidente : Sébastien Paul |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Bion | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Essayem, Florence Epron |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L'hydrogène (H2) est la future énergie verte et un produit chimique important, en tant que gaz le plus utilisé dans les industries. Aujourd’hui, la production d'H2 est à 96% d'origine fossile et la méthode la plus compétitive pour sa production est le reformage à la vapeur du gaz naturel. Il est urgent de produire de l'H2 à partir de ressources renouvelables, telles que de produits dérivés de la biomasse afin d'augmenter l'autosuffisance énergétique et de préserver l'environnement. A cet effet, la production d'hydrogène est étudiée par vaporeformage oxydant de l'éthanol à basse température (OSRE) sur des catalyseurs oxydes mixtes du type CeNiX(M0.5)OY (M = Al ou Zr). L'influence de différents paramètres est étudiée, comme la teneur en nickel, la présence d'Al ou de Zr, la calcination, le prétraitement sous H2, la température de réduction sous H2, la masse de catalyseur et le rapport oxygène sur éthanol. Avec une température de four à 50 °C, les catalyseurs du type nano-oxyhydrures, contenant des espèces hydrure à l'intérieur du solide et formés après un prétraitement adéquat sous H2, permettent des performances très intéressantes sous un mélange réactionnel EtOH/H2O/O2 = 1:3:1.7, avec des conversions totales de l'EtOH et de l’O2 et la formation d’H2 à 50 % parmi les produits formés (avec principalement du CO2 et du CO), sans formation de carbone. Le dopage du catalyseur avec Zr est bénéfique pour un faible rapport O2/EtOH de 1,4, améliorant la stabilité. L'augmentation du rapport O2/EtOH jusqu'à 1,7 permet d'éviter la formation de carbone. Des catalyseurs très performants en OSRE et stables durant 80 heures sont obtenus. Par ailleurs, des conditions sont proposées pour la suppression de l'étape de prétraitement sous hydrogène et même de calcination. Différentes caractérisations physico-chimiques (Raman, XRD, XPS, BET) sont réalisées avant test et certaines après test (Raman, XPS) ; elles mettent en évidence des interactions fortes entre les espèces Ce et Ni (et Zr ou Al pour les catalyseurs ternaires), en accord avec la présence d'une solution solide Ce-Ni-(M)-O (M = Al ou Zr). Enfin, un site actif impliquant des cations Ni2+ en interaction forte avec d'autres cations peut être proposé.