Optimisation des conditions de préparation des catalyseurs type

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE
HOUARI BOUMEDIENNE
Faculté de Chimie
Laboratoire du Gaz Naturel
Résumé
MEMOIRE DE MAGISTER
Option : Chimie organique appliquée -Catalyse
Présentée par
Par Mlle : TOUAHRA FOUZIA.
Laboratoire de Chimie du Gaz Naturel, Faculté de Chimie, U.S.T.H.B.
OPTIMISATION DES CONDITIONS DE PREPARATION DES
CATALYSEURS TYPE HYDROTALCITE UTILISES EN
REACTION DE REFORMAGE SEC DU METHANE

Le gaz naturel constitue une source d’énergie polyvalente qui peut être employée dans des
domaines très varies bien que la production de l’ammoniac et le méthanol via le gaz de
synthèse.
Le reformage du méthane regroupe les réactions ayant lieu entre le méthane et un oxydant
(O2, CO2 ou H2O ) pour former du gaz de synthèse, qui est un mélange de CO et H2.
dans notre présent travail nous avons étudié la réaction de reformage du méthane par dioxyde
de carbone qui présente de nombreux avantages par rapport au reformage à la vapeur,
notamment ceux d’utiliser deux gaz à l’effet de serre et d’aboutir à un gaz de synthèse
présentant un rapport H2/CO faible proche a l’unité.
La première partie da la présente étude sur des catalyseurs de type HYDROTALCITE. Ces
solides catalytiques à base de Nickel et d`aluminium, préparés par la méthode de
Coprécipitation à différentes rapports (R=2, 3, 5, 8 et 10), et différents pH (pH=5, 8, 10 et12)
La formule chimique généralement de nos solides ont été déterminée par l’Analyse chimique.
Leur propriétés texturales ont été caractérisées par la méthode de mesure des surface
spécifique (BET). Les propriétés structurales ont été caractérisées par diffraction des Rayons
X, et spectroscopie IR (FTIR).
Les propriétés catalytiques ont été déterminées a l’aide d’un test catalytique muni d’un
réacteur en quartz.
Plusieurs paramètres ont été examinés sur les solides élaborés.
L’étude de la réaction de reformage du méthane par dioxyde de carbone en présence de ces
catalyseurs a montré que les performances catalytiques en fonction de température de la
réaction sont améliorés quand la température de réaction augmente, cette augmentation
dépendent aussi de la température calcination, de rapport molaire Ni/Al et de pH de
préparation de nos solides. Globalement, nos solides peuvent être classés selon l’ordre
croissant de leurs performances catalytique comme l’indique la séquence suivante :
Pour l’effet de température de calcination (NiAl-T): NiAl-800 < NiAl-700 < NiAl-600<
NiAl-500.
Pour l’effet de rapport molaire (NiAl-R) : NiAl-10 < NiAl-8 < NiAl-5 < NiAl-3 <
NiAl-2.
Pour l’effet de pH (NiAl-pH) : NiAl-12 < NiAl-10 < NiAl-8 < NiAl-5.
Par ailleurs l’étude de la réaction en fonction du temps de la réaction a montré que nos solide
sont actifs des les premières minute, et sont stable durant 6h du travail.
 Mémoire de magister : TOUAHRA Fouzia
1 ** Directeur de thèse : D, Halliche, Maître de Conférences, USTHB.

I. INTRODUCTION
Ce travail se situe dans le cadre de la recherche de matériaux ayant des propriétés
d’élimination de polluants industriels, agricoles…etc. les composés lamellaires hydroxylés
de formule générale :
[M+21-x M+3x(OH)2]+x [An-]x/n . m H2O
Où :
M2+ , M3+ : Cations bivalents et trivalents situés dans les emplacements octaédriques dans la
couches hydroxylées.
X : Le rapport M3+ / (M2++M3+)
An- : est un anion échangeable de la couche inter lamellaire.
La neutralité électrique globale est assurée par les espèces anioniques intercalées dans
l’espace inter-feuillet, conjointement à des molécules d’eau 1]. Les anions et les molécules
d’eau sont localisés dans l’espace inter-feuillet comme le montre la Figure 1.
Grâce à leurs propriétés d’échange anionique, leurs caractères basiques, leurs fortes
propriétés adsorbantes etc...., les hydroxydes doubles lamellaires font l’objet d’un intérêt
croissant depuis la fin des années soixante. Ces matériaux trouvent des applications dans
différents domaines notamment, dans le domaine de la catalyse hétérogène pharmaceutiques
et même environnemental. De grand efforts se sont alors déployés afin de mieux caractériser
ce type de matériaux et d’améliorer les méthodes de leur mise au point.
Outre le terme de composés de type hydrotalcite on trouve également et entre autres dans la
littérature, les désignations hydroxydes doubles lamellaires (HDL) et argiles anioniques [2].
Figure 1 : Schéma de la structure de l’hydroxyde double lamellaire

Dans le présent travail, des systèmes catalytiques de type hydrotalcites sont synthétisés au
laboratoire et testés en réaction de reformage du méthane par le dioxyde de carbone :
CH4 + CO2 2 CO + 2 H2
Cette réaction est généralement suivie de la réaction inverse du gaz à l’eau (R.W.G.S) :
CO2 + H2 CO + H2O
La réaction de reformage sec du méthane est une réaction à fort impact environnementale.
Elle permet de minimiser la concentration de deux gaz redoutables à effet de serre. D’un
point de vue économique, ce procédé permet d’obtenir un rapport H2/CO proche de l’unité,
valeur escomptée pour la synthèse du méthanol et d’autres produits issus habituellement de
la pétrochimie [3].
La réaction de reformage sec du méthane est une réaction dont la sélectivité et productivité
en gaz de synthèse dépendent fortement de la nature des catalyseurs utilisés.
Pour cette partie plusieurs paramètres ont été étudiés :
-Etude des performances catalytiques en fonction du temps.
-Etude de l’évolution performances catalytiques en fonction de la température
de réaction.
-Etude de l’évolution des performances catalytiques en fonction de la température
de calcination
-Etude de l’évolution des performances catalytiques en fonction du pH des
matériaux synthétisés
-Etude de l’évolution des performances catalytiques en fonction du rapport molaire
M (II)/M (III)
II. PARTIE EXPERIMENTALE
1. PREPARATION DE CATALYSEURS
Le catalyseur résulte en générale d’un enchaînement très complexe d’étapes unitaires au
cours des quelles, à la fois, la texture, la structure, la composition massique et superficielle, le
degré d’oxydation des métaux seront susceptibles d’évoluer de façon non contrôlée. Il
importe donc de fixer des paramètres opératoires de chaque étape unitaire de la préparation
de nos matériaux. [4,5].
Dans le cadre de ce travail, nous avons préparé des catalyseurs à base de Nickel et
d’Aluminium par la méthode de coprécipitation de formule générale avant calcination :
Ni6Al2 (OH) 16CO3, 4H2O, en utilisant les solutions décrites dans le tableau 1.

1.1. Réactifs
Dans le cadre de ce travail, nous avons préparé des catalyseurs à base de Nickel et de
Aluminium par la méthode de coprécipitation de formule générale avant calcination :
Ni6Al2 (OH) 16CO3, 4H2O, en utilisant les solutions décrites dans le tableau 1.
● Solution de cations métalliques A
- Sel de nitrates d’un métal divalent : Ni (NO3)2. 6H2O.
-Sel de nitrates d’un métal trivalent : Al (NO3)3. 9H2O.
● Solution alcaline B
- Bicarbonates de sodium : Na2CO3.
-Hydroxydes de sodium : NaOH.
Tableau-1 Descriptions et provenances des réactifs utilisés pour l’élaboration de nos
matériaux
Solution A
Produits utilisés
Formules
Fournisseurs
Puretés (%)
Nitrates de nickel
Ni (NO3)2. 6H2O
Merck
99,0
Nitrates d’aluminium
Al (NO3)3. 9H2O
Fluka
98,0
Solution B
Hydroxyde de sodium
NaOH
panreac
98,0
Bicarbonate de sodium
Na2CO3
Merck
99,5
1.2. Mode opératoire
La méthode de préparation consiste à ajouter la solution A, goutte à goutte, à la
deuxième solution alcaline B, d’une façon à maintenir le pH à une valeur basique constante.
L’ensemble est maintenu sous une agitation vigoureuse, jusqu'à l’obtention d’un précipité
sous forme de gel.
1.2.1. Lavage
Le gel obtenu est lavé à plusieurs reprises avec de l’eau bi-distillée, afin d’enlever les
impuretés et de diminuer la quantité de sodium de synthèse.
1.2.2. Le séchage
Cette opération s’effectue dans une étuve à une température à 80 0C.