thesis

Catalyseurs d’hydrotraitement modèles à base du Mo et supportés sur α-Al2O3 : étude sur l’incorporation du cobalt, phosphore et triéthylène glycol par une approche de science de surfaces

Defense date:

Nov. 12, 2020

Edit

Institution:

Sorbonne université

Disciplines:

Directors:

Abstract EN:

The genesis of the active phase in hydrotreating catalysts is deeply influenced by the nature of the support. However, a fine description of active phase-support interactions at the molecular level is still missing since the traditional support γ-Al2O3 exhibits ill-defined sorption sites. A surface-science approach in aqueous phase circumvented this limitation by using α-Al2O3 single crystals with four different orientations: C(0001), A(112 ̅0), M(101 ̅0), and R(11 ̅02) as surrogates to study the genesis of MoS2 exerting control over surface sites. Such approach revealed that properties of MoS2 were dictated by Mo-support interactions which are, in turn, determined by the nature of surface -OH. The present work aims to take a step further in closing the gap between model and industrial catalysts by incorporating cobalt, phosphorus and TEG in model catalyst formulation. Surface-sensitive techniques are used to expose such dependencies. It is shown that phosphorus interacts differently depending on support orientation, leading to a surface-dependent sulfidation. Conversely, it is shown that cobalt promotion of MoS2 is exclusively dependent on Mo sulfidation. At last, it is shown how omitting calcination and TEG incorporation reduces metal-support interactions leading to higher sulfidation. The catalytic activity of promoted catalysts is studied through a thiophene hydrodesulfurization reaction revealing that A(112 ̅0)-based catalysts display the highest activity. In that sense, intermediate metal-support interactions are key to achieve higher catalytic performance. These results could lead to a new generation of hydrotreating catalysts through control of support morphology.

Abstract FR:

La genèse de la phase active dans les catalyseurs d’hydrotraitement est influencée par la nature du support. Néanmoins, une description à l’échelle moléculaire des interactions métal-support est encore balbutiante dû aux sites de sorption mal définis du support industriel γ-Al2O3. Une approche de science des surfaces en phase aqueuse a contourné cette limitation en utilisant des monocristaux de α-Al2O3 selon 4 orientations : C(0001), A(112 ̅0), M(101 ̅0), et R(11 ̅02) pour étudier la genèse de MoS2 en contrôlant la spéciation des sites de surface. Cette approche a montré que des propriétés de MoS2 sont contrôlées par les interactions Mo-support qui sont à la fois déterminées par le type de OH de surface. Ce travail vise à se rapprocher aux catalyseurs industriels en intégrant du cobalt, du phosphore, et du TEG. Des techniques de caractérisation de surface ont été utilisées pour étudier cette dépendance. Il est montré que le phosphore interagit de manières diverses selon le support, ce qui conduit à un effet sur la sulfuration. Au contraire, la promotion de MoS2 par le Co ne dépend que de la sulfuration du Mo. Enfin, il est montré que l’absence de l’étape de calcination et l’ajout de TEG diminue les interactions métal-support, menant à des taux de sulfuration plus élevés. L’activité catalytique des catalyseurs promus a été étudiée en hydrodésulfuration du thiophène. Elle est plus importante chez les catalyseurs supportés sur la face A(112 ̅0), ce qui suggère que les interactions métal-support intermédiaires mènent à des activités plus élevées. Ces résultats peuvent donner lieu à la synthèse de catalyseurs plus efficaces au travers du contrôle de la morphologie du support.