Transformation des alcools sur zéolithes protoniques : "rôle paradoxal du coke

par Soumaya Hamieh

Thèse de doctorat en Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Ludovic Pinard et de Yannick Pouilloux.

Le président du jury était Christophe Geantet.

Le jury était composé de Ludovic Pinard, Yannick Pouilloux, Jean-Pierre Dath, Sylvie Maury, Hervé Vezin.

Les rapporteurs étaient Frédéric Thibault-Starzyk, Johan Martens.


  • Résumé

    L'éthanol est converti, à 350°C sous 30 bar et sur des zéolithes protoniques, en un mélange de paraffines légères et d'aromatiques ; produits incorporables dans le pool essence. Cependant, la transformation de EtOH sur zéolithes acides conduit à la formation du coke. Des techniques physiques avancées, en particulier les techniques MALDI et LDI-TOF MS, couplées à la méthode d'analyse qui consiste à récupérer dans un solvant les molécules carbonées après dissolution de la zéolithe dans HF, contribuent à caractériser finement le coke. Sa composition dépend du catalyseur : sur HBEA(11), zéolithe à larges pores, 17 familles ont été détectées contre 4 sur HZSM-5(40) de taille de pore intermédiaire. Sur cette dernière, le coke, composé de polyalkybenzènes / naphtalènes / phénalènes et pyrènes, est localisé à l'intersection des canaux et a une toxicité vis-à-vis des sites acides de Brønsted de 1. En dépit d'un empoisonnement total, cette zéolithe est toujours capable de convertir EtOH, comme MeOH, en hydrocarbures et qui plus est avec les mêmes sélectivités en produits. La transformation de ces deux alcools ne s'explique pas par un mécanisme classique de catalyse acide, mais par un mécanisme concerté radicalaire-acide. La présence d'un inhibiteur de radicaux dans la charge réactionnelle, l'hydroquinone, provoque une désactivation immédiate et une diminution de la concentration des radicaux. La transformation de EtOH et MeOH passe par un intermédiaire réactionnel commun, le carbène :CH2, dont l'oligomérisation radicalaire conduit à la formation d'oléfines. Ces oléfines légères (n-O3-n-O5) sont très réactives et se transforment par catalyse acide (oligomérisation / cyclisation / t

  • Titre traduit

    Alcohols transformation over protonic zeolites : "paradoxal role of coke"


  • Résumé

    Ethanol is converted into light paraffins and aromatics mixture at 350°C under 30 bar over protonic zeolites. These products can be incorporated in the gasoline pool. Nevertheless, EtOH transformation over acid zeolites leads to the formation of the coke. Advanced physical techniques, in particular MALDI and LDI-TOF MS, were coupled to the coke analysis method. This method consists of the recovery of the carbonaceous molecules in a solvent after zeolite dissolution in hydrofluoric acid solution. This coupling allows characterizing the coke through an extensive way. The coke composition depends on the catalyst morphology: over HBEA(11) zeolite of large pores, 17 families were detected while 4 over HZSM-5(40) of intermediate pore size. Over this latter, the coke, composed of polyalkylbenzenes/naphtalenes/phenalenes and pyrenes, is located in the channels intersections and has toxicity of 1 towards Brønsted acid sites. In spite of a total poisoning, HZSM-5 zeolite is always able to convert EtOH, like MeOH, into hydrocarbons with the same products selectivity. The transformation of the two alcohols cannot be explained by a classical mechanism of acid catalysis, but by a cooperative radical-acid mechanism. The presence of a radical inhibitor in the feed, the hydroquinone, causes an immediate deactivation and a decrease in the concentration of radicals. The transformation of EtOH and MeOH passed by the common reaction intermediate, the :CH2 carbene, which its radical oligomerization leads to the formation of olefins. Olefins (n-O3-n-O5) are very active and can be transformed through acid catalysis (oligomerization/cyclisation/Hydrogen transfer) into aromatics or undergo isomer


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