Contribution de la radioactivité sur les performances catalytiques en milieu hétérogène

Contribution of radioactivity to catalytic performance in heterogeneous media

• Auteur / Autrice : Natalia Stefania Medina Molano
• Direction : Benjamin Katryniok
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/05/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Orano
• Jury : Président / Présidente : Olivier Tougait
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Keller, Jean-Sebastien Girardon, Isabelle Hablot, Laurent Venault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Nawfal Ghazzal, Ludovic Pinard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons bêta

Catalyseurs au palladium

Catalyseurs -- Empoisonnement

Photocatalyse

Effets des rayonnements

Catalyse hétérogène

Substances radioactives

Mots clés libres

Régénération de catalyseurs

Catalysis

Radioactif element

Catalyst regeneration

Résumé

Afin d'établir des voies possibles d'utilisation de métaux nobles récupérées du combustible nucléaire tels que le 107Pd, la présente thèse vise à étudier l'effet du rayonnement dans trois applications différentes : la catalyse hétérogène, avec - comme réaction modèle - l'hydrogénation du cinnamaldéhyde (CNA) ; la photocatalyse, avec - comme réaction modèle - la décoloration de l'orange de méthyle (MO) et la régénération des catalyseurs, désactivés lors de la synthèse de l'hydroxyméthyl furfural. Des protocoles ont été élaborés pour répondre aux exigences de sécurité nucléaire : applicable en boîte à gant et sorbonne, selon le cas.Le rayonnement β émis par le 107Pd n'a montré aucun effet lors de l'hydrogénation du CNA, indépendamment des conditions de réaction. En revanche, la décoloration a été initié par la présence de la radiation β sur le catalyseur en substituant de la lumière visible. Une diminution de l'absorbance (au point isosbéstique) a été observée. Ce dernier corrélait avec la quantité de catalyseur radioactif, mettant en évidence l'activation par le rayonnement β. Enfin, la régénération du catalyseur à base de Pd a donné des résultats prometteurs après l'irradiation γ, montrant notamment une augmentation de la performance catalytique après irradiation du catalyseur désactivé. Par ailleurs, le catalyseur à base de Ru, bien que généralement peu performant, a montré une activité plus élevée que l'activité du catalyseur frais après irradiation par rayonnement .

This thesis aimed to identify applications of noble metals recovered from spent nuclear fuels such as 107Pd. To study the effect of the radiation three different applications were selected: heterogeneous catalysis, with the hydrogenation of cinnamaldehyde (CNA) as model reaction; photocatalysis, with the decolourisation of methyl orange (MO) as model reaction; and the regeneration of catalysts, deactivated with the synthesis of hydroxymethyl furfural. Protocols were developed for the synthesis of the catalysts and the performance testing in restricted nuclear environment, namely in glove box and for the implementation of the reactions in glove box and extractor column as appropriate.Regarding the results it was found that β-radiation did not show any effect on the hydrogenation of CNA independent of the applied reaction conditions. On the other hand, the decolourisation of MO was successfully activated by the β-radiation of the catalyst. A decrease in absorbance (at the isosbestic point) was observed and was correlated to the amount of the catalyst employed, evidencing the effect of the irradiation doses. Finally, the regeneration of the Pd-based catalyst showed promising results after γ-irradiation, notably with a partial recovery of the initial catalytic performance after -irradiation. Meanwhile, the Ru-based catalyst, although generally not performing well, showed increased activity compared to the fresh catalyst upon -irradiation.