Propriétés d'oxydes de manganèse divisés au sein d'une silice mésoporeuse organisée pour l'oxydation totale du formaldéhyde PDF Download

Author: Guillaume Rochard
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Le formaldéhyde est un Composé Organique Volatil (COV) fréquemment retrouvé dans les environnements intérieurs. Son oxydation catalytique totale en produits inoffensifs pour l'homme a été étudiée et de nouveaux matériaux catalytiques à base d'oxyde de manganèse (Mn) ont été développés au cours de travail de thèse. Dans une première partie, différents paramètres pour la synthèse du catalyseur ont été étudiés afin d'optimiser la dispersion d'oxydes de manganèse au sein de la mésoporosité d'une silice organisée (SBA-15) par une méthode originale d'infiltration à l'état fondu des espèces de Mn. Il a été montré que si l'agent structurant du support était conservé pendant l'étape d'infiltration, les espèces d'oxyde de manganèse se trouvaient hautement divisées dans la mésoporosité de la silice. Cependant en raison d'un faible degré d'oxydation moyen du Mn, les catalyseurs obtenus par cette méthode d'infiltration ne présentaient pas une activité optimale dans l'oxydation catalytique du formaldéhyde. Dans une seconde partie, il a été montré que l'extraction partielle de l'agent structurant avant l'infiltration du Mn avait permis une très bonne dispersion des espèces de Mn tout en limitant leur réduction chimique au cours de l'activation du catalyseur. Enfin un traitement acide du Mn déjà infiltré au sein de la silice a permis une augmentation du degré d'oxydation du Mn et une amélioration des propriétés texturales des matériaux catalytiques. Ces deux approches pré et post-infiltration du Mn au sein d'un support silicique ont conduit à des catalyseurs Mn/SBA-15 beaucoup plus performants dans l'oxydation catalytique totale du formaldéhyde.

Author: France Schmit
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Des catalyseurs hétérogènes à base d'oxydes de manganèse associés aux dioxydes de titane, zirconium et cérium (Mn-Ti-O, Mn-Zr-O et Mn-Ce-O) ont été préparés par différentes voies de synthèse et évalués dans l'Oxydation en Voie Humide Catalytique (OVHC) de la méthylamine. Diverses voies de synthèse ont été explorées pour la préparation de ces catalyseurs, notamment une voie sol-gel mettant en oeuvre des copolymères à bloc, une voie de nanomoulage dans des moules de silice mésoporeuse et une voie solvothermale. L'insertion du manganèse a été réalisée de deux manières : soit ab initio dès le début de la synthèse, soit a posteriori par imprégnation d'un support préalablement formé avec un précurseur de manganèse. Des oxydes mixtes mésoporeux ou des oxydes de manganèse supportés sur des oxydes mésoporeux de Ti, Zr et Ce ont été réalisés. Si la texture de ces matériaux est relativement préservée, d'importantes ségrégations du manganèse ont parfois été observées après réaction. Ces catalyseurs ont été évalués dans l'OVHC de la méthylamine, une molécule organique azotée prise pour modèle. Ils sont tous actifs dans la dégradation de la méthylamine. Toutefois, ceux associant le manganèse au cérium sont les plus performants, devant les matériaux manganèse-zirconium et manganèse-titane. Deux voies de dégradation de la méthylamine ont été mises en évidence. Quel que soit le catalyseur, la première voie mène à la formation d'ions NH4 +, HCOO-, NO2 - et NO3 - présents en phase aqueuse. Les ions ammonium et formiates, formés en quantités équimolaires en tout début de réaction, sont des produits primaires de cette réaction. Les ions ammonium sont réfractaires à l'oxydation et s'accumulent dans le milieu réactionnel alors que les ions formiates sont complètement minéralisés en CO2 et H2O en fin de réaction. Nitrites et nitrates sont détectés à l'état de traces. La deuxième voie conduit directement et très majoritairement à N2 et CO2, sans qu'aucun autre composé ne soit détecté intermédiairement en phase liquide. Cette dernière voie peut représenter jusqu'à 50% de la dégradation de la méthylamine. En fin de réaction, la totalité de la fraction carbonée de la méthylamine a été minéralisée en CO2 et la sélectivité en diazote atteint jusqu'à 50%.

Author: Lilian Olivet
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La pollution de l'air fut considérée comme responsable de 7 millions de morts prématurées en 2015 et provient de deux origines principales : l'air extérieur ou intérieur. En effet, le manque de renouvellement d'air dans des espaces clos tels que les maisons, les bureaux, les écoles, ... conduit à des concentrations en polluants plus importantes que dans des espaces ouverts. Les composés organiques volatils sont considérés comme l'une des plus grandes familles de polluants. Parmi eux, le formaldéhyde, qui provoque des irritations à de faibles teneurs et qui est depuis peu classé comme produit cancérogène 1B, peut se retrouver en quantité non négligeable dans des espaces clos suite à des phénomènes de combustion, par relargage des plastiques, meubles en bois, produits d'entretien ou encore matériaux isolants.La catalyse hétérogène peut être un moyen efficace d'éliminer ces molécules nocives en transformant le formaldéhyde en dioxyde de carbone à la plus basse température possible. Dans le but de remplacer les métaux nobles, à l'activité très élevée mais dont le coût et la rareté sont des freins à leur utilisation, l'étude de 3 familles de matériaux a été abordée au cours de ce travail. Dans un premier temps, l'utilisation de zéolithes de type H-ZSM5 modifiée par substitution isomorphe post synthèse semblait être une solution intéressante de par les propriétés adsorbantes du matériau parent d'une part et d'autre part grâce à la fonction oxydante apportée par la présence de nouveaux éléments tels que le cobalt, le fer, le manganèse ou encore le cérium. La modification de la zéolithe mère a conduit à une amélioration nette de l'activité catalytique puisque la conversion totale a été atteinte dans le cas des zéolithes modifiées à l'aide du manganèse, du fer et du cérium dès 300°C pour l'échantillon le plus actif tandis que le matériau parent permettait d'obtenir une conversion de seulement 70 % à 500°C. L'échantillon au manganèse s'est toutefois démarqué par son activité bien plus importante que les autres matériaux de la série. Cependant, les activités catalytiques observées étaient bien loin des performances observées sur des échantillons contenant des métaux nobles.Un second volet de cette étude concernait les matériaux à base d'oxydes de cérium qui semblaient également être de bons candidats pour des réactions d'oxydation du fait de leur capacité à stocker et déstocker de l'oxygène. Ces matériaux, préparés par sol-gel par voie époxyde à base de cérine-zircone dopée par du cuivre, cobalt, fer ou manganèse ont montré que les conditions de synthèse utilisées conduisaient principalement à l'obtention de composés mixtes d'oxydes non homogènes. Les tests catalytiques ont montré que l'ajout d'un métal de transition à des matériaux de type cérine-zircone améliorait l'activité catalytique. Le matériau le plus actif pour la réaction d'oxydation du formaldéhyde était celui contenant du cuivre. La principale amélioration a résidé dans la sélectivité de la réaction. En effet, le dopage par ces métaux de transition conduit principalement à la formation de CO2 accompagné d'acide formique, de CO mais également d'un produit de réduction, le méthanol, conduisant à confirmer l'une des rares études présente sur le sujet dans la littérature.Enfin, des études antérieures ayant mis en évidence l'existence d'un effet de synergie dans des matériaux de type CuO-ZnO-Al2O3 pour la réaction d'hydrogénation du CO2 en méthanol, une partie plus exploratoire a alors été dédiée à l'étude de ces solides dans la réaction d'oxydation catalytique du formaldéhyde. Il a pu être observé que les matériaux contenant de l'oxyde de cuivre permettaient d'obtenir les meilleures activités catalytiques tout en évitant la formation de co-produits de réaction indésirables.Cette étude a montré le fort potentiel de ces matériaux pour l'oxydation du formaldéhyde avec des métaux peu chers et très abondants, actifs et très sélectifs en CO2, réduisant ainsi la pollution intérieure.