Réactivité catalytique et/ou photo-catalytique de nouveaux catalyseurs oxydes de métaux naturels et synthétiques

Abstract

Dans ce travail, 13 catalyseurs de type oxydes métalliques naturels et synthétiques ont été synthétisé et étudiés. En première partie de l’étude, les catalyseurs CuM et AgM (M = Cr, Fe) ont été synthétisés, caractérisés et évalués dans le reformage du méthane avec CO2, avec et sans prétraitement sous atmosphère de H2. Leurs caractéristiques texturales et structurales ont été évaluées en utilisant diverses méthodes physico-chimiques, notamment la DRX, B.E.T., MEB-EDS, XPS et H2-TPR. Il a été démontré que la nature des espèces a un effet significatif sur ces propriétés structurales, texturales et de réactivité. Les catalyseurs AgCr, présentant plusieurs états d'oxydation (Ag0, Ag1+, Cr3+ et Cr6+ dans Ag, AgCrO2 et AgCr2O4), ont montré les performances catalytiques les plus intéressantes en raison de leur composition. En revanche, le catalyseur AgFe a montré une faible activité et une faible sélectivité pour le DRM dans la gamme de températures explorée, en raison d'une contribution significative de la réaction inverse du gaz à l'eau, ce qui a conduit à de faibles rapports H2/CO. En second lieu, les catalyseurs CuCrO2 types delafossite ont été synthétisés à différentes température de calcination 900, 1000,1100 et 1200°C puis caractérisés et évalués dans la production d’hydrogène par voie photo-catalytiques, avec une optimisation du milieu réactionnel. Leurs caractéristiques texturales et structurales ont été évaluées en utilisant diverses méthodes physico-chimiques, notamment la DRX, B.E.T., MEB-EDS. Les propriétés optiques et électrochimiques ont également été évaluées par spectroscopie UV- Visible, voltamértie cyclique (VC), spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) ainsi que par la courbe capacitance-potentiel (Mott-Schottky). Il a été démontré que la température de calcination a un effet significatif sur ces propriétés structurales, texturales, optique et électrochimique ainsi que sur la réactivité des matériaux. Les tailles de cristallites étaient indépendantes de la température de calcination, CC1100 ayant la plus petite taille de cristallites estimée à 55nm. La morphologie générale des quatre catalyseurs présentes différentes textures allant de l’irrégulier à l’homogène. Les valeurs des énergies de gap des catalyseurs CC900, CC1000, CC1100 et CC1200 ont été calculés et sont 1.26 eV, 1.50 eV, 1.48 eV et 1.50 eV respectivement. L’étude électrochimique confirme le type p de tous les échantillons. Les paramètres optiques, physiques et photoélectrochimiques sont corrélés pour construire le diagramme énergétique afin d'évaluer la capacité de la delafossite CuCrO2 à produire H2. Dans le milieu neutre (Na2SO4) la meilleure activité fut attribuée à la delafossite CC1200 et dans le milieu basique (NaOH) CC1100 a produit la plus grande quantité d’hydrogène H2. Dans la troisième partie de ce travail, les catalyseurs massiques CA et AA ont été synthétisés puis supporté à 10% en masse sur un oxyde de fer naturel issu du minerai de l’Ouenza. Des caractérisations, incluant la DRX, la FRX et le MEB-EDX, ont permis d’analyser la composition et la structure des catalyseurs. Les tailles de cristallites et les surfaces spécifique ont été calculés à partir des données DRX. Les analyses FRX et MEB-EDX ont révélé certaines différences attribuées à l’hétérogénéité des échantillons. Tous les catalyseurs ont été testés dans la réaction de réduction du 4-nitrophénol par NaBH4. Les résultats montrent qu’ils sont tous actifs dans cette réaction, avec d’excellentes performances : un temps moyen de réaction de 5 minutes pour un taux de conversion avoisinant 90 %. Dans cette série de catalyseurs, les catalyseurs AA et AA-F ont révélé les plus grandes valeurs de Kapp, 0.96 et 0.71 s-1 respectivement.