Etude structurale et texturale des catalyseurs à base du Nickel et de terres rares préparés par imprégnation et sol-gel (contribution à la conversion catalytique des hydrocarbures)

Abstract

Au cours de ce travail, nous avons abouti à la préparation de différents types de catalyseurs (supportés et massiques) à base du Nikel et de Cérium, par les deux méthodes de préparation (imprégnation et sol-gel). Cependant, la caractérisation de ces catalyseurs par les différentes techniques d’analyses ; tel que la spectroscopie infrarouge, la DRX et la caractérisation par microscopie électronique à balayage, nous a permis de recueillir tant d’informations sur l’existence des phases pures ainsi que des impuretés dans nos échantillons préparés. De même, ce travail nous a permis aussi d’avoir des informations très importantes sur la structure des phases formées à différentes températures de calcination au sein de nos catalyseurs, ainsi que leurs textures de la surface obtenue pour chacun d'eux. En effet ;  La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IR-TF), a mis en évidence les différentes bandes de vibration dans les oxydes M-O-M (M : métal), ainsi que des vibrations dans les liaisons métal-oxygène. Cette analyse confirme aussi la présence des impuretés dans tous les catalyseurs préparés même après calcination à différentes températures, comme le CO2 de l’air ou de l’acide citrique (utilisé pour la préparation par la méthode sol-gel), et l’eau de l’humidité. Les impuretés provenant de l’ammoniac, ont été aussi déterminées dans cette analyse par l’observation des vibrations dans la liaison N-H.  L’analyse structurale par la diffraction des rayons X effectuée pour nos catalyseurs calcinés à 600 et 800°C, a montré, d’une part ; que ces solides sont bien cristallisés dans les deux températures de calcination précédentes et d’autre part ; la formation de différentes phases cristallines. En effet, les résultats obtenus par cette analyse confirment que les ions de nickel sont adsorbés à la surface de l’alumine sous forme de NiO contrairement à l’ion de Ce2+ qui est combiné avec l’oxygène pour formé le CeO2 et ceci uniquement pour le catalyseur supporté 5 % Ni 5% Ce / Al2O3 calciné à 800°C. Cette analyse à aussi mis en évidence la formation de l’oxyde de cérium CeO2 et la formation de la structure pérovskite LaNiO3 dans tous les catalyseurs préparés et calcinés à différentes températures. En effet; pour le catalyseur supporté sur l’alumine, l’oxyde de cérium CeO2 n’a pas été formé à la température de 600°C contrairement aux autres catalyseurs, par contre il s’est formé à la température de 800°C et ceci peut être expliqué par le caractère acide ou basique des différents supports utilisés (Al2O3 caractère acide, La2O3 caractère basique). Conclusion Générale 45 Cette analyse a montré aussi que la formation de la structure pérovskite du type La(Ni-Ce)O3 n’est pas favorable dans nos conditions de préparation, contrairement à celle de la structure pérovskite LaNiO3 qui est formée dans tous les échantillons étudiés. Rappelons que les résultats obtenus par l’analyse de DRX sont en accord avec ceux trouvés par IR-TF. En effet, cette analyse a montré pour tous les solides étudiés des bandes de vibration caractéristiques des oxydes M-O.  La microscopie électronique à balayage (MEB) a révélé que la texture des catalyseurs supportés est bien compacte que dans le catalyseur massique préparé, avec l’absence de la porosité sur le catalyseur supporté sur l’oxyde de lanthane, contrairement aux catalyseurs qui présentent des systèmes poreux où les particules sont mieux dispersées dans le catalyseur massique. De plus, cette analyse a montré que ces catalyseurs à base de Nikel et de Cérium préparés par imprégnation et par la méthode sol-gel, ne présentent pas des fissurations à la surface, ceci est expliqué par une résistance thermique plus élevée de nos systèmes catalytiques. En perspective, on se propose de tester ces différents catalyseurs dans les réactions de conversion des hydrocarbures légers pour mieux voir l’effet de la méthode de préparation sur les propriétés catalytiques de ces solides. Les catalyseurs usés seront également analysés par la TPO (Temperature Programmed Oxidation) pour identifier et quantifier le coke éventuellement formé.