Titre : | Préparation et caractérisation des catalyseurs type hexa-aluminates pour des applications environnementales basées sur des réactions de méthanation | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | ROUDANE Sarra, Auteur | Année de publication : | 2022-2023 | Accompagnement : | CD | Langues : | Français (fre) | Catégories : | CHIMIE:Option : Génie des matériaux
| Mots-clés : | Méthanation de CO2 nickel baryum, magnésium, matériaux méso-poreaux, distribution de métal actif Ni.
CO2 methanation nickel barium, magnesium, meso-pore materials, Ni active
metal distribution | Résumé : | Afin d'améliorer les performances des catalyseurs à base de nickel résistants au frittage et à l'anti-cokéfaction, l’étude réalisée concerne la valorisation du dioxyde de carbone par le procédé de méthanation. Elle vise à mettre au point des catalyseurs efficaces pour cette réaction. Le développement d'une gamme de catalyseurs destinés à la méthanation du dioxyde de carbone, avec prétraitement et sans prétraitement a été réalisé. Nous avons préparé plusieurs catalyseurs, de formule NiMAl11O19 (M=Ba2+, Ca2+, Mg2+) en utilisant des méthodes modifiées de co-précipitation et de matrice de carbone. Le carbone a été auto-généré à partir du procédé sol-gel contenant un excès d'acide citrique. La calcination s’est déroulée dans une atmosphère inerte et oxydante. L'introduction de plusieurs éléments à l'intérieur de la structure a grandement influencé la configuration électronique du métal, sa réductibilité, la taille des particules, la dispersion et la surface, entraînant une modification de ses performances catalytiques. Cette méthode a permis d’obtenir une matrice de grande surface poreuse à base de Ni. Les résultats d’analyses par DRX montrent une structure typique de l’hexa-aluminate.
Les échantillons ont été caractérisés par adsorption de N2 (BET), par DRX, par réduction programmée en température (TPR) et par microscopie électronique à transmission (MET), et à balayage (MEB). D’autres techniques d’analyses ont aussi été utilisées comme la spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et la spectroscopie (XPS).
Les différents catalyseurs préparés ont ensuite été testés dans la réaction de méthanation de CO2 avec prétraitement. Le catalyseur NiMgAlO présentait les meilleures performances catalytiques. En comparaison avec les systèmes étudiés, notamment les catalyseurs NiBaAlO et NiCaAlO ; l'excellente propriété catalytique de NiMgAlO était liée à la présence de particules métalliques de petite taille, une forte dispersion du métal sur le support, une grande surface et l'effet synergique entre le nickel métallique et le support. Dans une ultime étape, les différents catalyseurs ont été testés dans la réaction de méthanation de CO2 sans prétraitement. Le catalyseur NiBaAlO présente dans ce cas les meilleures performances catalytiques par rapport à NiMgAlO et NiCaAlO et l'excellente propriété catalytique de NiBaAlO provient, à la fois, d'une distribution appropriée de la taille des particules de Ni et de la présence de BaCO3, agissant comme un tampon de CO2 dans le processus.
In order to improve the performance of nickel-based catalysts that are resistant to sintering
and anti-coking, a study concerning the recovery of carbon dioxide by the methanation
process, has been undertaken. It aims to develop effective catalysts for this reaction. The
development of a range of catalysts which is intended for the methanation of carbon dioxide,
with pretreatment and without pretreatment, has been carried out. Several catalysts of formula
NiMAl11O19 (M=Ba2+
, Ca2+
, Mg2+) using modified co-precipitation and carbon matrix
methods, have been prepared. The carbon was self-generated from the sol-gel process
containing excess citric acid. The calcination took place in an inert and oxidizing atmosphere.
The introduction of several elements inside the structure allowed the electronic configuration
of the metal, its reducibility, the size of the particles, the dispersion and the surface, leading to
a change in its catalytic performance. This method makes it possible to obtain a matrix with a
large porous Ni-based surface. XRD analysis results demonstrated a typical structure of hexaaluminate.
The samples were characterized by N2 adsorption (BET), XRD, temperature
programmed reduction (TPR), transmission electron microscopy (TEM), and scanning
(SEM). Other analytical techniques have also been used such as energy dispersive X-ray
spectroscopy (EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
The different catalysts prepared were then tested in the CO2 methanation reaction with
pretreatment. In effect, the NiMgAlO catalyst showed the best catalytic performance. In
comparison with the systems studied, in particular the NiBaAlO and NiCaAlO catalysts, the
best catalytic property of NiMgAlO can be related to the presence of small metal particles,
high dispersion of the metal on the support, large surface area and the synergistic effect
between the metallic nickel and the support.
Subsequently, the different catalysts were tested in the CO2 methanation reaction
without pretreatment. It appears that the NiBaAlO catalyst exhibits the best catalytic
performance compared to NiMgAlO and NiCaAlO. This excellent catalytic property results
from both an appropriate Ni particle size distribution and the presence of BaCO3, acting as
CO2 buffer in the process.
| Directeur de thèse : | BETTAHAR Nourredine |
Préparation et caractérisation des catalyseurs type hexa-aluminates pour des applications environnementales basées sur des réactions de méthanation [texte imprimé] / ROUDANE Sarra, Auteur . - 2022-2023 . - + CD. Langues : Français ( fre) Catégories : | CHIMIE:Option : Génie des matériaux
| Mots-clés : | Méthanation de CO2 nickel baryum, magnésium, matériaux méso-poreaux, distribution de métal actif Ni.
CO2 methanation nickel barium, magnesium, meso-pore materials, Ni active
metal distribution | Résumé : | Afin d'améliorer les performances des catalyseurs à base de nickel résistants au frittage et à l'anti-cokéfaction, l’étude réalisée concerne la valorisation du dioxyde de carbone par le procédé de méthanation. Elle vise à mettre au point des catalyseurs efficaces pour cette réaction. Le développement d'une gamme de catalyseurs destinés à la méthanation du dioxyde de carbone, avec prétraitement et sans prétraitement a été réalisé. Nous avons préparé plusieurs catalyseurs, de formule NiMAl11O19 (M=Ba2+, Ca2+, Mg2+) en utilisant des méthodes modifiées de co-précipitation et de matrice de carbone. Le carbone a été auto-généré à partir du procédé sol-gel contenant un excès d'acide citrique. La calcination s’est déroulée dans une atmosphère inerte et oxydante. L'introduction de plusieurs éléments à l'intérieur de la structure a grandement influencé la configuration électronique du métal, sa réductibilité, la taille des particules, la dispersion et la surface, entraînant une modification de ses performances catalytiques. Cette méthode a permis d’obtenir une matrice de grande surface poreuse à base de Ni. Les résultats d’analyses par DRX montrent une structure typique de l’hexa-aluminate.
Les échantillons ont été caractérisés par adsorption de N2 (BET), par DRX, par réduction programmée en température (TPR) et par microscopie électronique à transmission (MET), et à balayage (MEB). D’autres techniques d’analyses ont aussi été utilisées comme la spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et la spectroscopie (XPS).
Les différents catalyseurs préparés ont ensuite été testés dans la réaction de méthanation de CO2 avec prétraitement. Le catalyseur NiMgAlO présentait les meilleures performances catalytiques. En comparaison avec les systèmes étudiés, notamment les catalyseurs NiBaAlO et NiCaAlO ; l'excellente propriété catalytique de NiMgAlO était liée à la présence de particules métalliques de petite taille, une forte dispersion du métal sur le support, une grande surface et l'effet synergique entre le nickel métallique et le support. Dans une ultime étape, les différents catalyseurs ont été testés dans la réaction de méthanation de CO2 sans prétraitement. Le catalyseur NiBaAlO présente dans ce cas les meilleures performances catalytiques par rapport à NiMgAlO et NiCaAlO et l'excellente propriété catalytique de NiBaAlO provient, à la fois, d'une distribution appropriée de la taille des particules de Ni et de la présence de BaCO3, agissant comme un tampon de CO2 dans le processus.
In order to improve the performance of nickel-based catalysts that are resistant to sintering
and anti-coking, a study concerning the recovery of carbon dioxide by the methanation
process, has been undertaken. It aims to develop effective catalysts for this reaction. The
development of a range of catalysts which is intended for the methanation of carbon dioxide,
with pretreatment and without pretreatment, has been carried out. Several catalysts of formula
NiMAl11O19 (M=Ba2+
, Ca2+
, Mg2+) using modified co-precipitation and carbon matrix
methods, have been prepared. The carbon was self-generated from the sol-gel process
containing excess citric acid. The calcination took place in an inert and oxidizing atmosphere.
The introduction of several elements inside the structure allowed the electronic configuration
of the metal, its reducibility, the size of the particles, the dispersion and the surface, leading to
a change in its catalytic performance. This method makes it possible to obtain a matrix with a
large porous Ni-based surface. XRD analysis results demonstrated a typical structure of hexaaluminate.
The samples were characterized by N2 adsorption (BET), XRD, temperature
programmed reduction (TPR), transmission electron microscopy (TEM), and scanning
(SEM). Other analytical techniques have also been used such as energy dispersive X-ray
spectroscopy (EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
The different catalysts prepared were then tested in the CO2 methanation reaction with
pretreatment. In effect, the NiMgAlO catalyst showed the best catalytic performance. In
comparison with the systems studied, in particular the NiBaAlO and NiCaAlO catalysts, the
best catalytic property of NiMgAlO can be related to the presence of small metal particles,
high dispersion of the metal on the support, large surface area and the synergistic effect
between the metallic nickel and the support.
Subsequently, the different catalysts were tested in the CO2 methanation reaction
without pretreatment. It appears that the NiBaAlO catalyst exhibits the best catalytic
performance compared to NiMgAlO and NiCaAlO. This excellent catalytic property results
from both an appropriate Ni particle size distribution and the presence of BaCO3, acting as
CO2 buffer in the process.
| Directeur de thèse : | BETTAHAR Nourredine |
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