"one pot" pour le reformage de

'Physique et Chimie des Matériaux' – ED 397 – 2016
Proposition pour allocation de recherche, Thème (A,B,C,D,E):
retour impératif avant le vendredi 18 mars 2016 à 12h à : [email protected],
en format PDF exclusivement
! Attention : après cette date, aucun sujet ne sera pris en compte !
Unité de recherche (nom, label, équipe interne): Laboratoire de Réactivité de Surface
Adresse : UPMC, 4 place Jussieu, casier 178, Tour 43-53 (3° étage), 75005 Paris
Directeur de l’Unité : Prof. Hélène PERNOT
Etablissement de rattachement : UPMC-CNRS (UMR 7197)
Nom du directeur de thèse (HDR), téléphone et courriel : Pascale MASSIANI, Tel: 0144274974,
[email protected]
Nombre de thésards actuellement encadrés et années de fin de thèse (*: ligne à renseigner
obligatoirement) : 2 thèses en co-tutelle en cours (2013-2016), soutenances prévues en septembre
2016 dans les deux cas.
Co-encadrant éventuel : Nissrine EL HASSAN (co-tutelle de thèse avec UOB-Liban)
Cette demande vise un demi-financement de thèse : il sera complété par un demi-financement assuré
par l'Université de Balamand (UOB, Liban).
Titre de la thèse: Nouveau catalyseurs Ni/oxyde à porosité organisée obtenus par synthèse "one
pot" pour le reformage de CH4 et CO2 à partir de déchets urbains organiques.
Description du projet (max. 1 page) :
Cette recherche doctorale se déroulera en cotutelle (en temps et financement partagés) entre le
Laboratoire de Réactivité de Surface (UPMC-France) et l'Université de Balamand (UOB-Liban). Elle
s'intègrera dans un cadre plus large de projet Européen (de type ERANet) ayant pour objectif de
valoriser, par des procédés catalytiques, les mélanges gazeux issus de la gazéification de déchets
urbains organiques (enjeux environnementaux et énergétiques). Il s'agira de développer de nouveaux
matériaux solides poreux performants pour catalyser des réactions de reformage (reformage sec ou
combiné) et permettre ainsi la transformation de CH4 et de CO2 (deux gaz à effet de serre) en un
mélange gazeux de H2 et de CO (appelé syngas). Ce dernier constitue une ressource d'énergie
alternative aux pétroles par utilisation directe de H2 (piles à combustibles) ou par transformation
ultérieure en hydrocarbures (réaction Fischer Tropsch, synthèse de méthanol...).
Les travaux s'appuieront sur nos résultats récents qui ont démontré, pour des catalyseurs de reformage
les plus prometteurs de type Ni/oxyde, l'importance du confinement des nanoparticules de nickel
(phase active) dans la porosité [1] ou, encore mieux, de leur insertion au sein même de la matrice oxyde
servant de support [2]. Ces catalyseurs doivent à terme, pour des considérations environnementales et
économique, pouvoir substituer les catalyseurs à base de métaux nobles, plus couteux et plus rares.
Même si le nickel (un métal de transition) apparait de nos jours comme le meilleur candidat, il se révèle
très sensible aux phénomènes de désactivation dans les conditions drastiques de réaction (haute
température, éventuelle présence de vapeur d'eau). De réelles améliorations sont donc nécessaires pour
accroitre sa résistance au frittage et à l'empoisonnement par le coke.
Dans ce contexte, l'objectif de la thèse sera de développer de nouveaux catalyseurs perfomants et
stables dans lesquels le nickel sera occlus dans la porosité ou au sein même de murs d'oxydes à porosité
contrôlée. La recherche comportera trois volets principaux complémentaires :
1) synthèse des matériaux par des procédés "one-pot" visant à insérer la phase active Ni (3 à 20% en
masse) dans le support oxyde ; des agents structurants adaptés seront utilisés pour générer les réseaux
poreux organisés souhaités (confinement) ; la composition du support (silice, alumine, magnésie,
oxydes mixtes...) sera adaptée pour moduler les propriétés acido-basiques et ainsi améliorer encore les
performances.
2) caractérisations par des techniques complémentaires de l'état du Ni (notamment degré d'oxydation,
dispersion, nature des phases) et du support (porosité, acidité ou basicité, structure, morphologie) à
toutes les étapes de préparation (y compris lors de l'activation et après réaction) ; cette partie mettra en
œuvre les nombreuses méthodes disponibles dans les deux laboratoires d'accueil (DRX, physisorption
de N2, microscopies électroniques, ATG, TPR, spectroscopies IR, Raman, RMN ou XPS...)
3) tests catalytiques en réaction de reformage (sous mélange modèle ou sous des gaz représentatifs de
ceux issus de la gazéification de déchets organiques urbains) et suivi de la stabilité et de l'évolution des
catalyseurs sous flux réactionnel ; cette partie sera menée au Liban.
Références
[1] Highly active and stable Ni/SBA-15 catalysts prepared by a “two solvents” method for dry
reforming of methane, M. N. Kaydouh, N. El Hassan, A. Davidson, S. Casale, P. Massiani,
Microporous and mesoporous Materials, 2016, 220 , 99-109,
DOI:10.1016/j.micromeso.2015.08.034
[2] Factors affecting the long-term stability of mesoporous nickel-based catalysts in combined steam
and dry reforming of methane, K. Jabbour, N. El Hassan, A. Davidson, S. Casale, P. Massiani,
Catalysis Science & Technology, 2016, sous presse, DOI: 10.1039/C6CY00032K