Amélioration de l’activité catalytique de la mayénite pour la combustion totale de suie par dopage au cuivre et au cérium

Details

Supervisors

Gaigneaux, Eric M. ; Meza Trujillo, Isaac

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en chimie et bioindustries

Abstract

La problématique des particules fines dans l’atmosphère provoque près de 311 000 décès prématurés par an en Europe. Cette pollution, particulièrement présente en zone urbaine, provient principalement de la combustion incomplète du diesel dans les moteurs. Différents filtres à particules tentent d’oxyder ces suies avant leur rejet dans l’atmosphère. Cependant, la température maximale des gaz sortant du moteur n’atteint que 450 °C alors que la température d’oxydation des suies se situe vers 600 °C. Pour réduire la température de combustion, différents systèmes catalytiques ont dès lors été développés. Toutefois, la plupart se basent sur des métaux nobles et des terres rares d’efficacité élevée mais dont la disponibilité est limitée et donc de coût élevé. Une alternative à ces matériaux pourrait être la mayénite. Cet oxyde mixte de calcium et aluminium possède des ions superoxydes (O2-) mobiles au sein des cages qui le constituent lui procurant des capacités d’oxydation totale. La voie de synthèse à l’état solide est communément employée pour former la mayénite. Cependant, les hautes températures nécessaires pour cette voie font que la méthode de synthèse par combustion en solution (SCS) semble être une alternative moins énergivore. Ainsi, une mayénite non poreuse est obtenue permettant d’oxyder les suies vers 527 °C. La SCS permet également de modifier la surface spécifique du catalyseur pour l’ajout d’un agent porogène lors de la synthèse. Ainsi, la mayénite poreuse synthétisée après calcination à 600 °C est capable d’oxyder les suies à 489 °C. Cependant, l’ajout d’agents porogènes augmente également la présence d’impuretés de CaO que nous avons réussi à évacuer à l’aide d’un lavage au chlorure d’ammonium. Finalement, la capacité de recyclabilité de la mayénite est démontrée. La littérature laisse penser qu’un dopage de la mayénite par ajout de cuivre (II) permettrait une amélioration de son activité catalytique d’oxydation. Notre étude évalue la capacité à former une mayénite dopée au cuivre par SCS via remplacement des ions Ca2+. L’influence de la température sur les propriétés texturales et catalytiques a été évaluée sur des mayénites à différents degrés de dopage. Ces modifications amènent des améliorations catalytiques en termes de sélectivité et d’activité puisqu’une conversion totale de suie en CO2 s’effectue à 461 °C pour certaines mayénites dopées. Finalement, l’ajout de cérium à la mayénite est également testé afin d’apporter des modifications structurelles favorables aux propriétés d’oxydation du catalyseur. Cependant, la synthèse de combustion en solution ne semble pas permettre l’insertion du cérium dans la maille ou alors les faibles quantités insérées n’affectent pas les capacités d’oxydation de la mayénite.