Alumines macro-mésoporeuses produites par procédé sol-gel pour une application en catalyse hétérogène

Alumines macro-mésoporeuses produites par procédé sol-gel pour une application en catalyse hétérogène L’alumine est un support important en catalyse hétérogène. Le contrôle de ses propriétés physiques et texturales permet d’en améliorer les performances comme support pour des applications en catalyse. Les catalyseurs à base de cobalt sont connus pour présenter d’excellentes performances pour la réaction de reformage de l’éthanol (RRE) du fait de leur grande affinité à cliver les liaisons C-H et C-C.De nombreuses études ont visé à corréler les propriétés de l’alumine avec celles des catalyseurs. L’alumine présente une chimie de surface plutôt complexe qui peut être contrôlée par le mode de préparation. Dans ce travail,des alumines possédant des méso- et macropores ont été obtenues par voie sol-gel dans un mode de préparation « one-pot » accompagnée par une séparation de phases. Dans cette stratégie intégrative, les deux procédés,gélification et séparation de phases, surviennent spontanément dans les systèmes contenant un inducteur de séparation de phase.Les différentes alumines ont été synthétisées à partir d’isopropoxyde oude chlorure d’aluminium et de polyethylène oxyde ou polypropylène oxydeutilisés comme inducteur de séparation de phases. Le choix approprié des compositions des réactifs permet le contrôle de la taille et volume des pores. La formation des macropores résulte du processus de séparation de phase après décomposition par calcination de l’inducteur alors que l’espace entre particules formant le squelette du xerogel constitue la structure mésoporeuse.Les différentes alumines poreuses ainsi préparées et une alumine commerciale ont été utilisées comme supports de catalyseurs de cobalt par imprégnation par voie humide. Les précurseurs oxydes du catalyseur obtenu après calcination sont composés de phases de type Co ₃ O ₄ et CoAl₂O ₄ , cette dernière étant en quantité plus importante dans les alumines synthétiques.Comme les alumines sol-gel sont caractérisées par une plus grande proportion d’aluminium en site octaédrique et de groupement hydroxyles de surface que l’alumine commerciale, nous avons proposé que ces caractéristiques facilitent la migration du Cobalt dans le réseau alumine et explique la formation plus importante de phase de type CoAl₂O ₄ .Les catalyseurs ont été caractérisés pendant l’activation et en conditions réelles de fonctionnement RRE par EXAFS rapide pour suivre l’évolution de l’ordre local du cobalt et par spectroscopie Raman et spectrométrie de masse résolues dans le temps pour l’analyse des produits de réaction. Si l’espèce active est indiscutablement Co0, nous avons montré que les performances catalytiques dépendent aussi du rapport Co ² ⁺ /Co ⁰ obtenu après activation, dans le sens où de faibles rapports Co ² ⁺ /Co ⁰ ne permettront pas de nettoyer la surface du catalyseur par oxydation du coke formé lorsque la réaction de reformage de l’éthanol opère. Une conclusion importante de ce travail est la mise en évidence du rôle joué par l’oxyde cobalt (CoO) dans la stabilité du catalyseur à travers la promotion de l’oxydation des espèces carbonées déposées en surface. Ainsi le contrôle du rapport Co ² ⁺ /Co ⁰ apparaît comme un élément capital pour la conception de catalyseurs performants à base de cobalt pour la réaction de reformage de l’éthanol, le choix du support étant essentiel