Aspects catalytiques d'oxydes Cu-Ce-Al-O dans la réaction de combustion du noir de carbone et leur évolution vis-à-vis du vieillissement
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Abstract EN:
Catalytic properties of Cu-Ce-Al-O solids are studied in carbon black combustion and CO oxidation. The ageing effects of the catalysts are evaluated in carbon black combustion. Ce-Al-O oxides are active for carbon black combustion. The addition of low copper contents on Ce-AL-O supports does not increase activity. Increasing of copper loading allows to increase catalytic properties. The high copper content leads to the formation of CuO aggregates. These species are more active than dispersed or isolated CU²⁺ ions for carbon black combustion. The presence of isolated CU²⁺ ions favors the CO₂ selectivity. Except ceria, all CE-Al-O supports show CO production during carbon black combustion and the introduction of copper allows to obtain a total selectivity in CO₂. This high CO₂ selectivity in presence of copper may be related to its high activity toward CO oxidation. Ageing experiments show desactivation of cerium containing supports, partially due to sulfur poisoning. For copper containing catalysts, two behaviour are evidenced. For low ceria content solids, reactivity increases during ageing. In this case, initialy copper is well dispersed and ceria content is too low to allow goo activity. Ageing effects lead to the formation of CuO aggregates which are more active than dispersed and isolated copper species thus activity increases. On the contrary, for high ceria containing solids, activity is mainly due to ceria. Ageing effects also lead to the formation of CuO aggregates, but this phenomenon is less important than deactivation of ceria.
Abstract FR:
Dans ce travail les propriétés catalytiques de solides à base d'oxydes de cuivre, de cérium et d'aluminium ont été évaluées dans la réaction de combustion du Noir de Carbone (NC) et d'oxydation du monoxyde de carbone. De plus, une étude du vieillissement des catalyseurs vis-à-vis de la combustion du NC a été menée. Il s'avère que le système Ce-Al-O est performant vis-à-vis de la combustion du NC. L'introduction de cuivre en faible teneur au système n'entraîne pas de modifications notables de la réactivité du solide vis-à-vis de cette réaction. Seule l'augmentation de la teneur en cuivre améliore les propriétés catalytiques du système. Cette amélioration est probablement liée à la formation de CuO massique pour de forte teneur en cuivre. En effet, cette espèce est très réactive vis-à-vis de la combustion du NC, beaucoup plus que le cuivre dispersé habituellement observé pour les solides à faible teneur en cuivre. Le mécanisme réactionnel de combustion du NC en présence de solides à base de cuivre passe par une réaction de réduction du cuivre, ce dernier retrouvant son état initial à la fin de la combustion. L'ajout de cuivre, même à faible teneur, permet d'obtenir une sélectivité totale en CO₂, ce qui n'est pas le cas des supports mixtes Ce-Al-O. Cette sélectivité totale des solides à base de cuivre est attribuée à ses propriétés pour l'oxydation du CO. L'étude du vieillissement a montré, pour les solides ne contenant pas de cuivre, une diminution de la réactivité du catalyseur. Cette désactivation s'explique partiellement par l'empoisonnement de la surface de tous les solides par le soufre présent dans le NC et dans le cas de l'alumine par le NC résiduel. L'ajout de cuivre conduit à deux comportements opposés. Dans le cas de solides faiblement chargés en cérium, on observe une augmentation de la réactivité. Dans ce cas, le cuivre est initialement dispersé, et la faible teneur en cérium ne permet pas d'obtenir une bonne réactivité. Or, lors du vieillissement, le cuivre s'agglomère en cuivre massique. Le CuO massique étant très réactif vis-à-vis de la combustion du NC, la réactivité du système s'améliore. Par contre, pour les solides à forte teneur en cérium, la réactivité diminue lors du vieillissement. Le vieillissement conduit toujours à la formation de CuO massique, mais cette espèce est moins active que la cérine.