Préparation, caractérisation et activité en catalyse trois-voies automobile de catalyseurs cuivre-rhodium supportés

par Xavier Courtois

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie

Sous la direction de Vincent Perrichon.

Soutenue en 2000

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Vincent Perrichon.

mots clés

• Catalyseurs au cuivre
• Catalyseurs au rhodium
• Supports de catalyseurs
• Alumine
• Oxydes de cérium
• Automobiles -- Convertisseurs catalytiques
• Automobiles -- Moteurs -- Échappement -- Déchets -- Élimination
• Zircone

Résumé

L'objectif du travail est l'étude de systèmes catalytiques ayant une teneur réduite en métaux précieux et actifs pour le traitement de gaz d'échappement automobile. Les systèmes retenus sont des catalyseurs cuivre (4,7 %)-rhodium et nous avons examiné l'influence de la teneur en rhodium (0-0,2 %) et de la capacité de stockage d'oxygène (OSC) du support (alumine, cérine-alumine ou cérine-zircone). Ces solides ont été caractérisés (DRX, IR, réductibilité. . . ) et testés avec un appareillage permettant de simuler les gaz d'échappement avec variation de richesse, et mesurant les conversions de CO, NO et C3H6. Les deux métaux permettent la réduction des supports cérine-alumine et cérine-zircone à basse température. L'addition de rhodium favorise la formation de petites particules de cuivre, mais ce paramètre a peu d'influence sur l'activité catalytique. Le rhodium catalyse les conversions des trois polluants à partir de 200° C environ. Il est peu sensible à l'OSC du support qui permet toutefois de réguler la richesse du mélange et d'obtenir des taux de conversion élevés en régime transitoire. Le cuivre permet la conversion des trois polluants mais il est plus particulièrement actif pour les réactions d'oxydation. Il participe aussi à la régulation de la richesse du mélange réactionnel si l'OSC du support est insuffisante. Le cuivre est sensible aux propriétés redox du support et un effet de synergie a été observé pour la conversion de CO. En revanche, l'oxygène mobile du support a peu d'influence sur l'oxydation de C3H6 et défavorise l'activité en réduction de NO à basse température. L'activité des catalyseurs bimétalliques est contrôlée par le métal ou l'association métal-support le plus actif (pas d'effet de synergie). Le couple cuivre-oxygène mobile est le plus actif pour la conversion de CO. La réduction de NO dépend essentiellement de la teneur en rhodium, surtout à basse température (200-400° C). La conversion de C3H6 est un peu améliorée par les ajouts de rhodium.

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