Synthèse et caractérisation de catalyseurs à l'échelle nanométrique : Application en catalyse d'oxydation en présence de dioxygène, de peroxyde d'hydrogène et d'hydroperoxyde de tertiobutyle

Abstract

Cette étude présente la mise en œuvre de systèmes catalytiques impliquant des nanomatériaux naturels et synthétiques en catalyse d’oxydation en présence d’agents oxydants « propres » tels que le dioxygène, l’eau oxygénée et l’hydroperoxyde de tertiobutyle. L’étude d’un nouveau système catalytique impliquant la montmorillonite, un nanomatériau naturel, a été testée pour la première fois pour l’oxydation catalytique de cétones cycliques en présence du dioxygène dans des conditions douces (343K et pression atmosphérique). I la été montré que la montmorillonite K-10 catalyse la coupure oxydante des liaisons C-C de différentes cétones telles que la 2-méthylcyclohexanone, la 2-phénylcyclohexanone, la 2-hydroxycyclohexanone et la 1,2 cyclohexanedione. Différents paramètres ont été examinés : effet de l’acidité, de la quantité de catalyseur, de la température et du solvant. D’autres part, le catalyseur a été réutilisé plusieurs fois sans perte notable ni d’activité ni de sélectivité. Par ailleurs, nous avons préparé suivant le procédé polyol des oxydes de type spinelle de différentes naturels tels que Mn₃O ₄et Co₃O₄ ainsi que des oxydes mixtes de type MFe₂O₄ et CoFe₃-xO₄ (M = Mn, Ni, Co), tout en contrôlant leur forme et leur taille. Nous avons étudié l’influence de différents paramètres expérimentaux sur la morphologie et la taille des nanomatériaux préparés. Une étude fondamentale des mécanismes de formation des particules de Mn₃O₄ a été réalisée en suivant leur croissance par diffusion des rayons x aux petits angles (SAXS). Nous avons aussi montré l’importance capitale de la présence dioxygène dans le milieu. Cette étude nous a permis d’acquérir un meilleur contrôle de la taille et de la forme de ces nanomatériaux. Enfin, l’activité catalytique de ces nanoparticules d’oxydes a été évaluée dans le cadre de : i) la méthylène e présence de peroxyde d’hydrogène en solution aqueuse et ii) de la dégradation du bleu de méthylène en présence de peroxyde de peroxyde d’hydrogène (réactions de type Fenton). Les particules Mn₃O₄ sont efficaces pour ces réactions et la cinétique de dégradation dépend de leur forme et de leur taille. Les différents oxydes ont également été testés pour l’époxydation catalytique des oléfines comme le styrène, en présence d’hydroperoxyde de tertiobutyle. L’étude de l’influence de la nature du catalyseur nanométrique sur la conversion et la sélectivité des différents produits obtenus est également rapportée.