Synthèse de matériaux catalytiques de type oxydes mixtes pour la production de méthanol par la précipitation en flux continu en système microfluidique

Synthesis of catalytic materials of mixed oxides type for the production of methanol by precipitation in continuous flow in microfluidic systems

• Auteur / Autrice : Diego Rua Gonzalez
• Direction : Anne-Cécile Roger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/02/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Paul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ksenia Parkhomenko
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Batiot-Dupeyrat, Julio Cesar Vargas Saenz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composition chimique

Catalyseurs

Microfluidique

Dioxyde de carbone

Méthanol

Mots clés libres

Méthanol

Valorisation du CO2

Coprécipitation

Méthode microfluidique

Catalyseurs solides

Conditions de synthèse

Composition

Performances catalytiques

Methanol

CO2 valorization

Coprecipitation

Microfluidic method

Solid catalysts

Synthesis conditions

Composition

Catalyc performance

Résumé

Le réchauffement climatique est une préoccupation pour les générations actuelles et futures en raison de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère, principalement dues à la dépendance aux combustibles fossiles. L'utilisation de carburants alternatifs tels que le méthanol durable produit à partir de H2 renouvelable et de CO2 contribuerait à réduire les émissions de GES et les effets du changement climatique. La synthèse du méthanol à partir de matières premières riches en CO2 se fait préférentiellement en utilisant un catalyseur solide composé de CuO, ZnO et ZrO2. Ce type de catalyseur peut être produit par coprécipitation des espèces métalliques à l'aide d'un dispositif microfluidique, avec des avantages qui ont été démontrés par rapport aux catalyseurs synthétisés par coprécipitation discontinue. Dans ce travail, différents catalyseurs pour l'hydrogénation du CO2 en méthanol ont été synthétisés en utilisant la technique microfluidique dans différentes conditions, afin d'explorer différents paramètres de synthèse pouvant conduire au développement de catalyseurs plus actifs. Les différences de propriétés et d'activité entre un catalyseur synthétisé par la méthode microfluidique et un autre synthétisé par la méthode batch ont été étudiées, suivies d'une exploration des effets du temps de vieillissement et de la température de coprécipitation sur les catalyseurs. Enfin, l'effet de différentes compositions de catalyseurs sur les propriétés et l'activité a été déterminé, en étudiant différentes teneurs en CuO, l'utilisation de CeO2 comme promoteur et l'utilisation de In2O3 comme promoteur et comme métal actif.

Global warming is a concern for the current and future generations due to the increasing greenhouse gases (GHG) emissions to the atmosphere, mainly due to the dependence on fossil fuels. The use of alternative fuels such as sustainable methanol produced from renewable H2 and from CO2 would contribute to reduce the GHG emissions and the effects of climate change. The synthesis of methanol using CO2 rich feedstock is preferentially done by using a solid catalyst composed of CuO, ZnO and ZrO2. This type of catalyst can be produced by coprecipitation of the metal species using a microfluidic device, with advantages that have been demonstrated over catalysts synthesized by batch coprecipitation. In this work, different catalysts for the hydrogenation of CO2 to methanol were synthesized using the microfluidic technique under different conditions, in order to explore different synthesis parameters that could lead to the development of more active catalysts. The differences in the properties and activity between a catalyst synthesized by the microfluidic method and another synthesized by the batch method were investigated, followed by an exploration of the effects of the aging time and the coprecipitation temperature on the catalysts. Lastly, the effect of different compositions of catalysts on the properties and activity were determined, by investigating different CuO contents, the use of CeO2 as a catalyst promoter, and the use of In2O3 as a catalyst promoter and as active metal.