Etude par spectroscopie IRTF Operando des mécanismes de stockage et de réduction des oxydes d'azote sur catalyseurs modèles : contributions à l'élaboration et au fonctionnement d'un catalyseur NOx-Trap

par Thierry Lesage

Thèse de doctorat en Chimie théorique, physique analytique

Sous la direction de Marco Daturi.

Soutenue en 2003

à Caen .

mots clés

• Automobiles -- Dispositifs antipollution
• Oxydes d'azote
• Potassium
• Isocyanates
• Spectroscopie infrarouge

Résumé

L'objectif de cette étude est d'atteindre une meilleure compréhension des mécanismes qui régissent le stockage et la réduction des oxydes d'azote sur un catalyseur NOx-Trap modèle Pt/K/Mn/Al2O3-CeO2. Cette catalyse trouve son application dans la dépollution des gaz d'échappement des moteurs Diesel et Lean-Burn. Le point fort de notre méthode d'investigation est de pouvoir analyser simultanément les espèces formées à la surface du catalyseur (par IR) et celles de la phase gazeuse (par SM et IR) en conditions de réaction. L'application de cette méthode au régime alterné a permis de préciser les mécanismes réactionnels qui interviennent en fonctionnement réel. L'étude de la phase de stockage a montré que l'oxydation de NO en NO2 est l'étape cruciale du processus de nitratation, celui-ci se poursuivant par la formation de nitrites ioniques de potassium, puis de nitrates ioniques de potassium. Une température optimale pour cette réaction a également été établie (400ʿC). Une inhibition partielle dans le stockage des NOx est relevée en présence de CO2. L'étape initiale de la réduction des NOx est l'oxydation des réducteurs sur les sites métalliques, cette réaction (via une augmentation locale de température) induisant la décomposition des espèces nitrates et nitrites. La forte sélectivité en N2 de cette réduction est associée à un mécanisme dissociatif localisé sur les sites métalliques réduits. Nous avons également déterminé les conditions dans lesquelles les produits secondaires de cette réduction sont formés. Les principes fondamentaux de cette catalyse ont ainsi pu être établis, permettant d'améliorer la formulation et l'utilisation des catalyseurs NOx-Trap.

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