Étude du dopage de catalyseurs de déshydrogénation oxydante de l’éthane et du propane

par Bistra Savova

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-Marc Millet, Diana Filkova et de Stéphane Loridant.

Soutenue le 11-12-2009

à Lyon 1 en cotutelle avec l'Institut de recherches sur la catalyse (Sofia , Bulgarie) , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) (laboratoire) et de Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques C. Védrine.

Le jury était composé de Abdel Hakim Kaddouri, Slavcho Rakovsky.

Les rapporteurs étaient Louise Jalowiecki-Duhamel, Narcis Homs.


  • Résumé

    Les réactions de déshydrogénation oxydante du propane et de l’éthane ont été étudiées respectivement sur des catalyseurs à base d’oxydes alcalino-terreux (OAT) dopés néodyme et des catalyseurs à base d’oxyde de nickel dopés par différents métaux. Deux méthodes de préparation des solides OAT dopés au néodyme ont été comparées. La caractérisation par analyses DRX montre la formation de solutions solides avec des défauts (lacunes, dislocations). La formation d’agglomérats de néodyme a été également observée. Les tests catalytiques réalisés montrent que le dopage au néodyme augmente la conversion du propane avec simultanément une augmentation de la sélectivité. Les catalyseurs à base d’oxyde de nickel sont eux très actifs dans la réaction de déshydrogénation oxydante de l’éthane. L’étude réalisée montre l’absence de formation de solutions solides étendues avec les dopants. L’addition de niobium et des ions oxalates permet l’isolation des sites actifs qui sont des ions O- et entraine une baisse d’activité mais conjointement une forte amélioration de la sélectivité en éthylène. De plus, elle modifie la texture de NiO en augmentant sa surface spécifique ce qui permet d’obtenir de meilleures conversions. La mise au point de ces catalyseurs est compromise par une désactivation: la caractérisation des solides avant et après désactivation par DRX, Raman, XPS, TEM, EDX et TPD de O2 montre que cette désactivation est due à la réduction lente et irréversible des ions Ni3+ entrainant la diminution du nombre des espèces O-. La formation de la phase NiNb2O6 lors de la désactivation a été également observée.

  • Titre traduit

    Study of doping of catalysts for oxidative dehydrogenation of ethane and propane


  • Résumé

    The oxidative dehydrogenations of propane and ethane have been studied on alkaline earth oxides doped with neodymium oxide (AEO) and nickel oxide doped with different metal oxides. Two types of synthesis have been compared for the preparation of AEO+Nd samples. The characterization by XRD showed the formation of solid solutions with different defects (cationic vacancies, dislocations). The formation of agglomerates of neodymium has also been observed. The catalytic testing showed that the presence of neodymium oxide increases both the conversion of propane and the selectivity to propylene. The addition of neodymium oxide increases the basicity of the catalysts, which seems to be beneficial to the selectivity. The nickel oxide based catalysts are very efficient in the oxidative dehydrogenation of ethane. The study shows that there is no formation of extended solid solution. The addition of niobium and oxalates anions leads to the isolation of the active O- sites at the surface of the nickel oxide, which decreases the activity but strongly increases the selectivity to ethylene. Furthermore, it modifies textural properties of nickel oxide increasing its specific surface area leading to better conversions. However, the applicability of this type of catalysts stays under question because of a deactivation that has been evidenced with time on stream. The characterization of the fresh and deactivated catalysts by XRD, Raman, XPS, TEM, EDX and TPD of O2 showed that this deactivation is due to the slow and irreversible reduction of Ni3+ cations leading to a further decrease in number of the O- species. The formation of NiNb2O6 phase during the deactivation has been evidenced.


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