Etude de l’oxydation catalytique de Composés Organiques Volatils Oxygénés

Malgré le développement de la chimie "verte" et le remplacement de certains produits néfastes pour l'environnement ou la santé dans les procédés industriels, les composés organiques volatils (COV) restent parmi les polluants atmosphériques les plus courants émis par les cheminées industrielles. Il est donc essentiel de développer des procédés efficaces pour les éliminer. Parmi les différentes méthodes de traitement, l'oxydation catalytique est une technique prometteuse pour convertir les COV, en CO₂ et en H₂O à basse température. L'objectif de ce travail de thèse est donc de développer des matériaux catalytiques efficaces qui assurent la décomposition complète d'un COV oxygéné (l'éthanol) en CO₂ à basse température. Une série de matériaux Mn₆₋ₓ-CoₓAl₂-O a été synthétisée, en faisant varier la teneur en manganèse, par co-précipitation via la voie Hydroxyde Double Lamellaire (HDL) sous diverses atmosphères puis traités thermiquement. L'évaluation des matériaux, synthétisés par co-précipitation classique, vis-à-vis de la réaction d'oxydation totale de l'éthanol a révélé des performances catalytiques supérieures en présence des catalyseurs à forte teneur en manganèse Mn₆Al₂-O et Mn₅CoAl₂-O. Cette efficacité a été attribuée, en réalisant des caractérisations physico-chimiques (DRX, physisorption de l'azote, analyse thermique (ATD/ATG), RTP-H₂ et SPX), à la présence d'espèces contenant du manganèse Mn⁴⁺ et à leur meilleure réductibilité à basse température. La synthèse sous atmosphère inerte de ces deux matériaux a permis d'améliorer la quantité d'espèces Mn⁴⁺ dans le Mn₆Al₂ ce qui a également entraîné une amélioration de sa réductibilité ainsi que son activité catalytique. Cependant, aucune amélioration n'a été observée pour le matériau Mn₅CoAl₂. La synthèse sous atmosphère inerte ou l'ajout d'une faible proportion de cobalt permet donc d'éviter la formation de phases non actives en oxydation de l'éthanol. Dans ce travail, le comportement du catalyseur lorsqu'il est soumis à un mélange de COV à traiter, comme rencontré dans le cas du traitement d'émissions industrielles, a également été étudié. L'acétaldéhyde étant souvent présent dans les mélanges de COV oxygénés, celui-ci a été choisi pour étudier son influence sur l'oxydation de l'éthanol. L'ajout d'acétaldéhyde à l'éthanol a provoqué une inhibition de l'oxydation totale de celui-ci, cependant l'oxydation totale du mélange se fait tout de même à des basses températures. Le matériau le plus performant dans l'oxydation totale de l'éthanol a été sélectionné pour être déposé sur des granulés d'alumine par une méthode de dépôt par suspension en vue d'une application industrielle potentielle. Une suspension homogène a ensuite été préparée et optimisée à partir d'un mélange de catalyseur Mn₅CoAl₂-O en poudre et de différents additifs. L'ajout d'additif pour réaliser cette préparation n'a pas altéré l'activité catalytique du matériau. Cette préparation a permis de pouvoir réaliser un dépôt homogène et adhérant aux granulés d'alumine.