Combustion catalytique de COV et COV chlorés sur oxydes mixtes de cuivre et de manganèse supportés sur TiO2

par Van Hinh Vu

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels et développement durable

Sous la direction de Jamal Belkouch et de Bechara Taouk.

Soutenue en 2009

à Compiègne .


  • Résumé

    Cette étude qui s’inscrit dans la continuité des travaux déjà réalisés au sein du laboratoire a pour but d’élaborer un catalyseur efficace, résistant et peu onéreux, destiné à la combustion des COV en général et des COV chlorés en particulier. La formulation chimique de la phase active est faite à partir d’oxydes de cuivre et de manganèse, qui sont des oxydes de métaux de transition simples réputés être actifs en oxydation totale. Cette phase active est déposée sur un support (TiO2) pour simplifier la méthode de préparation et éviter les mises en forme ultérieures. Le catalyseur, dont l’optimisation de la formulation est faite sur la base de l’activité dans la combustion du toluène et du propylène, est testé dans la combustion d’une trentaine d’autres COV. Quatre composés organiques chlorés, chlorobenzène, dichlorobenzène, dichlorométhane et trichloroéthylène, sont ensuite utilisés pour évaluer l’activité du catalyseur dans la combustion des COV chlorés et étudier sa résistance à l’empoisonnement par le chlore. Le mémoire de thèse s'organise en 5 chapitres. Le premier est une introduction bibliographique ayant pour objet de dresser l’état de l’art en ce qui concerne la problématique COV : définition, sources, impact, réglementation, méthodes de traitement. . . Une attention particulière est accordée au traitement catalytique et aux différents types de catalyseurs étudiés. La partie expérimentale est brièvement décrite dans le deuxième chapitre. La méthode de préparation des catalyseurs, le banc de test d’activité catalytique ainsi que les techniques de caractérisation et d’analyse sont présentés. Le troisième chapitre est consacré à l'optimisation de la formulation du catalyseur sur la base des résultats de tests d'oxydation du toluène et du propylène comme modèles de COV. Une caractérisation des catalyseurs est entreprise dans le but de relier l’activité catalytique aux propriétés physicochimiques du catalyseur. Le quatrième chapitre comporte deux volets : i) l’un traite de la désactivation du catalyseur MnCuOx/TiO2 observé lors de l’oxydation du toluène et du propylène à basse température et de sa régénération ; ii) l’autre volet a pour but d’évaluer les performances du catalyseur dans la combustion d’autres COV répartis en différentes familles (hydrocarbures aliphatiques, cycliques, aromatiques, oxygénés…). Dans le cinquième et dernier chapitre, nous présentons les performances du catalyseur dans la combustion des COV chlorés, en terme d’activité et de résistance à l’empoisonnement par le chlore. L’aspect cinétique sera enfin abordé dans le cas de la réaction de combustion du chlorobenzène. Deux modèles seront examinés à cet effet, le modèle simple de loi de puissance et le modèle de Mars et van Krevelen.

  • Titre traduit

    Catalytic combustion of VOCs and chlorinated VOCs over copper and manganese mixed oxides supported on TiO2


  • Résumé

    The aim of this work was to develop an effective, durable and inexpensive catalyst for the combustion of VOCs and chlorinated VOCs. A series of catalysts based on copper and manganese oxides supported on TiO2 anatase (Mnl-yCuyO,/T) was synthesized and studied for the combustion of toluene and propylene in order to optimize the catalyst formulation. MnCuO,,/T catalyst, with the molar ratio Mn/Cu = 1 and 5 wt% (Mn + Cu) as amount of active phase, showed to be the mort active. It allows the total combustion of toluene and propylene at 240 and 230°C respectively. The higher activity of MnCuO /T is attributed to the spinel phase Mn1. 6Cu1,a0a. M temperatures lower than that of total conversion, the deactivation by coke formation is observed. However, the catalyst recovers al activity by treatment in air at 300°C. The combustion of other thirty VOCs was performed. A correlation between the temperature of total combustion and the ionization potential of VOCs was found to be satisfactory in the case of non-oxygenated hydrocarbons. The study of the total combustion of chlorinated VOCs showed Chat MnCuO /f has a good performance in terms of activity and stability. Chlorobenzene was completely converted to H2O, C02 without formation of any toxic by-products (PhClx). No deactivation of catalyst was observed alter 5 days of testing. At lower temperatures, the catalyst is partially deactivated during first hours of test before reaching steady state. The regeneration in air at 350°C allows the catalyst to recover its initial activity whereas the chlorine is not completely eliminated. The results of various characterizations allowed proposing MnCuOx. ,Cl /T and MnCuOX. ,+bC1222b/T as deactivated and regenerated catalyst formulations respectively. Finally, a preliminary kinetic study allowed us to examine the validity of two models, power law and Mars and van Ktevelen based model for the CB oxidation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 152 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 VUV 1805
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