Encapsulation de nanoparticules en cristaux creux de zéolithe Beta

Hollow Beta zeolites : synthesis and impact of the hollow morphology on diffusion and catalysis

• Auteur / Autrice : Ana Rita Morgado Prates
• Direction : Alain Tuel, David Farrusseng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et catalyse
• Date : Soutenance le 18/09/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Bianchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Tuel, David Farrusseng, Stéphanie Roualdes, Angélique Simon Masseron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Pouilloux, Pascale Massiani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Platine

Encapsulation (chimie)

Zéolites

Mots clés libres

Zéolite creuse

Zéolithe Beta

Diffusion

ZLC

Catalyse

Module de Thiele

Encapsulation

Platine

Hollow zeolite

Zeolite Beta

Diffusion

ZLC

Catalysis

Thiele modulus

Encapsulation

Platinum

Résumé

De par leur morphologie, les cristaux creux de zéolithe permettent d’étudier les phénomènes de limitations diffusionnelles en catalyse et également d’encapsuler des particules métalliques ; les nano-réacteurs ainsi obtenus ont montré des activités catalytiques originales. Leur synthèse, qui nécessite des caractéristiques structurales particulières, a longtemps été limitée aux zéolithes de structure MFI. Le but de cette thèse était d’étudier différentes voies de synthèse pour préparer des cristaux creux de zéolithe Beta, une des zéolithes les plus utilisées dans l’industrie. Deux voies ont été suivies : l’utilisation d’un zincosilicate de même structure que la zéolithe Beta comme gabarit sacrificiel et une méthode plus classique de désilication sélective. L’encapsulation de nanoparticules de platine dans les cristaux obtenus selon la première voie a été confirmée par l’hydrogénation d’aromatiques substitués. L’’influence de la morphologie sur la diffusion de différentes molécules a été étudiée par ZLC : le temps caractéristique de diffusion a été réduit de 30 à 83 % par rapport à des cristaux conventionnels. Malgré cela, la présence d’une cavité dans les cristaux de zéolithe Beta n’a pas d’effets sur l’activité catalytique dans les réactions d’hydro-isomérisation du nC16 et du craquage du cyclohexane. La thèse discute de la présence/absence de limitations diffusionnelles

Hollow zeolite single crystals have received particular interest in catalysis. The presence of a large cavity in these model zeolites enables the study of diffusional limitation in Catalysis. The cavity also enables the encapsulation of metal nanoparticles. However, their synthesis requires specific structural characteristics and it has been limited for long to zeolites with the MFI structure. The objective of this PhD work was to investigate the synthesis of hollow Beta zeolites (*BEA framework type) and study the impact of the hollow morphology on molecular diffusion and catalysis. Two different strategies have been envisaged: a dissolution/recrystallization approach using CIT-6, a zincosilicate with the same *BEA topology and a selective desilication route. Pt nanoparticles encapsulated in hollow crystals obtained from CIT-6 showed remarkable size-selectivity in the hydrogenation of aromatics. The effect of the hollow morphology in molecular diffusion was studied using the ZLC technique; the characteristic diffusion time of the hollow morphology was reduced by 30-83% compared to the corresponding bulk zeolite. Despite that, the hollow structure had no influence on the catalytic activities for the hydroisomerization of n-C16 and for the cracking of cyclohexane. The presence/absence of diffusional limitation is discussed