Cinétique d'hydrogénation des espèces carbonées adsorbées sur les catalyseurs Fe/Al₂O₃ et Ru/Al₂O₃ après adsorption de CO et réaction CO/H₂ : Etude par les méthodes transitoires à détection par spectrométrie de masse et I.R.T.F

Abstract

Le présent travail a été consacré à la caractérisation, des espèces carbonées adsorbées, formées sur des catalyseurs Fe/Al₂O₃ et Ru/Al₂O₃ au cours de l’adsorption de CO et de la réaction CO/H₂, par les méthodes transitoires utilisant soit une spectrométrie de masse, soit un spectromètre IRTF comme détecteur. L’intérêt est plus particulièrement porté aux modifications apportées par le métal catalyseur utilisé, à la nature des espèces formées et sur leur cinétique d’hydrogénation en méthane dans des conditions isothermes. L’un des objectifs est d’étayer les interprétations des courbes de production du méthane par des modèles cinétiques. L’adsorption de CO conduit principalement, dans le cas du catalyseur Fe/Al₂O₃, à l’accumulation de carbone élémentaire, et pour le catalyseur Ru/Al₂O₃ à une quantité constante de CO moléculaire linéairement adsorbé sur les sites métalliques (bande à 2044 cm⁻¹). Il est montré que ces espèces s’hydrogènent en méthane par un mécanisme avec une étape limitante : l’étape d’hydrogénation pour le carbone élémentaire et l’étape de dissociation de CO assistée par H₂ pour le CO moléculaire. Au cours de la réaction CO/H₂, les espèces précédentes sont également observées sur les deux solides, mais la présence de H avec le réactif CO, engendre l’accumulation progressive d’espèces superficielles sous formes, peu hydrogénées (CHx) sur le catalyseur au fer, et de chaînes hydrocarbonées (CxHy) sur le catalyseur au ruthénium. Sur ce solide, des formiates, localisées sur le support et s’hydrogénant à haute température, ont été mis en évidence. La vitesse de production du méthane, obtenue par hydrogénation des espèces (CHx) et (CxHy), présente un pic caractérisé par son temps d’apparition tm et sa vitesse maximum, Vm. Les modèles cinétiques proposés, montrent que plusieurs étapes ayant des constantes de vitesses comparables, interviennent dans le mécanisme d’hydrogénation de ces espèces. Il est montré que les valeurs de tm et de Vm dépendent en particulier, de la température d’hydrogénation et de l’évolution de la quantité des sites hydrogénants, au cours des réactions, sur chaque catalyseur.