Réduction catalytique sélective des oxydes d’azotes par l’ammoniac : cinétique, mécanisme et modélisation du système cuivre Chabazite

par Guillaume Pétaud

Thèse de doctorat en Catalyse

Soutenue le 07-11-2019

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphanie Briançon.

Le jury était composé de Anne Giroir-Fendler, Sonia Gil Villarino, Mélaz Tayakout, Eduard Iojoiu, Jean-Marc Schweitzer.

Les rapporteurs étaient Gérard Delahay, Jean-François Brilhac.


  • Résumé

    Les oxydes d’azotes (NOx) sont un des groupes majeurs de polluants primaires émis dans l’atmosphère, principalement par les transports et l’industries, dont leur réduction constitue un enjeu sociétal crucial. Afin de répondre à l’évolution de normes environnementales plus exigeantes, la diminution des NOx est notablement explorée via la réaction clef de Réduction Catalytique Sélective par l’ammoniac (NH3-RCS) en employant des catalyseurs à base de cuivre et de fer. Le développement maîtrisé et perfectionné de cette solution requiert une profonde compréhension du système catalytique et ce à différentes échelles. Cette étude vise ainsi à développer un modèle cinétique multi-sites pour la représentation des performances NH3-RCS, par l’exploration des propriétés physico-chimiques, de surface et catalytiques d’une série de catalyseurs zéolitiques microporeux (Chabazite) supportant le cuivre. Cette série de catalyseurs imprégnés, échangés et « One-pot » permit la profonde caractérisation de différentes configurations de sites actifs dont les impacts sur les comportements catalytiques furent étudiés et identifiés selon différentes conditions opératoires. Ainsi, le modèle permit de prendre en considération, via la distinction selon leur nature, de 5 sites majeurs : la compétition d’adsorption, l’impact de l’eau, la formation et décomposition d’intermédiaires clefs et un schéma réactionnel précis, de représenter les activités des différents catalyseurs. De plus, l’étude In-situ de la surface de ces catalyseurs via spectrométrie infra-rouge à réflexion diffuse (DRIFT) fut complémentaire à la compréhension des dynamiques de surface et l’identification des mécanismes du procédé catalytique

  • Titre traduit

    Selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia : kinetic, mecanism and modeling of copper chabazite system


  • Résumé

    The reduction of atmospheric pollution from stationary and mobile engines is a serious challenge associated with stringent environmental regulations. For nitrogen oxides (NOx) abatement in particular, the selective catalytic reduction using urea or ammonia (urea- or NH3-SCR) over copper- and iron-based catalysts is one of most effective and economic technologies. In this respect, revisiting after-treatment systems by a deep comprehension of the catalyst behavior at different scale may significantly improve their eco- and health-friendliness. This study targets the development of a multi-site kinetic model using a series of copper chabazite-based catalysts, as a selected model SCR catalyst. To qualify these materials as beyond-state-of-the-art catalysts and to better understand the impact on different active site configurations, three catalysts were synthetized by different preparation methods (impregnation, ionic exchange and one-pot), finely characterized by different techniques and their ability to abate NOx via the ubiquitous NH3-SCR reaction was extensively assessed under several operating conditions. Each catalyst behavior was quantified and associated to their respective main active sites (five different configurations described). The diffusion, water impact, adsorption competition between key reactants and storage sites were also ones of the main points spotlighted in this study. In-situ characterization of these catalysts was also performed, using Diffuse Reflectance Infrared Fourier-Transform Spectroscopy (DRIFTS) to understand the surface dynamical properties of the catalyst, and to unveil the mechanistic of the catalytic processes



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