Préparation, caractérisation et étude comparative des propriétés catalytiques de M (Fe, Ni, NiNb) / Ca₁₀(PO)₄(OH)₂ dans la décomposition du butan-2-OL et la déshydrogénation oxydante du propane

Abstract

Les catalyseurs à base de fer supporté sur l’hydroxyapatite ont été préparés par échange cationique et caractérisés par différentes techniques : DRX, IR, UV-vis, Mössbauer, XPS et réduction en température programmés (TPR). Les résultats obtenus montrent que le fer est présent sous forme d’ions Fe³⁺ répartis dans des sites octaédriques déformés et d’autres de symétrie plus basse. Les catalyseurs ont testés dans la décomposition du butane-2-ol en présence et en absence d’oxygène. L’augmentation de la teneur en fer accentue les propriétés acides des catalyseurs révélées par la déshydratation de l’alcool. En déshydrogénation oxydante du propane (ODH), ils présentent une bonne sélectivité en propène (35-90%) mais une conversion limitée. Le rendement maximum en propène (6,2%) est obtenu à faible teneur en fer. Par ailleurs, les espèces générées à faible teneur en fer ont été identifiés à des sites Fe³⁺ –O-Ca²⁺. Ceux-ci, contrairement aux entités Fe³⁺ –O-Fe³⁺ qui apparaissent aux fortes teneurs en fer, sont responsables de l’ODH du propane. Dans les catalyseurs au Ni supporté sur hydroxyapatite, préparés par imprégnation et après calcination sous air, le nickel est présent sous forme de Ni²⁺ superficiels, de nanoparticules de NiO et de grands cristallites caractérisés par DRX. Une autre série de catalyseurs a été préparée par l’ajout d’oxyde de niobium. Les deux séries de catalyseurs au nickel ont été testées en déshydrogénation oxydante du propane. L’introduction de Nb améliore la sélectivité en propène et la stabilité du catalyseur. A faible taux, elle améliore le rendement en propène, résultat attribué à la formation d’entités oxygénées favorable à la déshydrogénation oxydante du propane.