Thèse soutenue

Identification des descripteurs impactant la sélectivité en NH3-SCR dans les zéolithes à petits pores

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Auteur / Autrice : Catarina Simão Marta
Direction : Christophe Pichon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux et Catalyse
Date : Soutenance le 08/11/2022
Etablissement(s) : Lyon 1
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IFP Energies Nouvelles
Jury : Président / Présidente : Stéphane Daniele
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Pichon, Gérard Delahay, Pascale Massiani, Svetlana Mintova
Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Delahay, Pascale Massiani

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'objectif principal de cette thèse est de trouver des descripteurs capables de traduire la relation entre les performances catalytiques et les propriétés physico-chimiques des zéolithes à petits pores utilisées comme catalyseurs pour la réduction sélective des oxydes d’azote par l’ammoniac (NH3-SCR, une stratégie de réduction des émissions de NOx employée dans les moteurs à combustion interne en mélange pauvre). Une revue approfondie de la littérature a permis de conclure que les zéolithes à petits pores échangées au cuivre avec des porosités tridimensionnelles, de petits canaux reliés par des cages plus grandes et des unités de construction de type d6r étaient très performantes. Quatre structures zéolitiques ont été sélectionnées : AEI, CHA et AFX avec une connectivité 3D, et la PTT – une nouvelle structure 2D présentant les caractéristiques susmentionnées. Différents paramètres ont été étudiés et des corrélations ont été identifiées entre les performances catalytiques et les propriétés physico-chimiques des zéolithes. Plusieurs techniques de caractérisation ont été utilisées, fournissant des informations sur la composition chimique (AAS, ICP-OES, XRF, XPS), la morphologie et le réseau poreux (MEB, Physisorption d’azote), les propriétés structurales (27Al et 29Si MAS RMN, DRX) et la distribution des espèces actives de Cu (H2-RTP et NO-IR). Cinq axes de recherche ont été suivis : l'effet du rapport Si/Al sur les performances des zéolithes CHA ; l'effet de la teneur en cuivre sur les performances NH3-SCR des catalyseurs AEI, AFX et CHA ; l'effet du vieillissement hydrothermal sur les zéolithes AEI et CHA ; l'effet de la procédure de synthèse sur les performances des catalyseurs AFX et, enfin, l'effet de la dimensionnalité de la porosité (nature du réseau) sur les performances catalytiques. Plusieurs conclusions ont été obtenues : les zéolithes CHA avec des teneurs en cuivre similaires forment moins de N2O lorsque le rapport Si/Al diminue. De même, l'augmentation de la teneur en Cu sur une zéolithe AEI, AFX ou CHA conduit à une formation accrue de N2O. Également, il est montré que le vieillissement hydrothermal est propice à une diminution de la sélectivité en N2 dans les zéolithes AEI et CHA. Il apparait également que la procédure de synthèse des zéolithes AFX a une influence sur les caractéristiques résultantes du matériau et, donc, sur la sélectivité en N2. Enfin, et conformément aux résultats présents dans la bibliographie, pour des zéolithes ayant des rapports Si/Al et des teneurs en Cu similaires, une diminution de la dimensionnalité de la porosité de la charpente entraine une perte d'activité, et une augmentation de la formation de N2O. Les deux phénomènes résultent de la plus faible stabilité de la structure PTT.