Préparation, caractérisation et étude comparative des propriétés catalytiques de M (Pd;Ni)/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ et M(Pd;Ni)/Ca₁₀(PO₄)₆F₂ dans la combustion et le reformage du méthane

Abstract

Le présent travail est une application des supports apatitiques (Ca10(PO4)6(OH)2 et Ca10(PO4)6F2) dans deux types de valorisation du gaz naturel: (i) la combustion et (ii) le reformage au CO2. Les catalyseurs Pd(x)/Ca10(PO4)6(OH)2 et Pd(x)/Ca10(PO4)6F2 ont été testés dans la combustion du méthane. Les Ni(x)/Ca10(PO4)6(OH)2 et Ni(x)/Ca10(PO4)6F2 ont été examinés dans le reformage du méthane (au CO2). Nous avons essayé à partir des résultats de caractérisation (BET, MET, MEB, DRX, IR, UV-Visible-PIR TPR/TPO et XPS) de dégager des corrélations entre les propriétés de ces catalyseurs et leurs performances. La caractérisation des Pd(x)/CaHAp et Pd(x)/CaFAp a montré que PdO est mieux dispersé sur Pd(x)/CaHAp. L’analyse du Pd(x)/CaHAp par XPS a montré que le palladium est présent sous forme de Pd2+. Sur Pd(x)/CaFAp on a pu détecter les ions Pd2+ et Pd0. Les spectres UV-Visible-PIR ont montré que le palladium est dans une symétrie D4h. Les résultats des tests Butanol-2 ont montré que l’introduction du palladium a un effet bénéfique sur l’activité déshydrogénante des deux systèmes. En présence d’oxygène, l’ajout de palladium au CaFAp diminue son activité déshydratante, alors qu’il conduit à un effet contraire, dans le cas de CaHAp. Les tests catalytiques de la combustion du méthane ont montré que Pd(x)/CaHAp est plus actif que Pd(x)/CaFAp. La spectroscopie UV-visible-PIR (après test) a montré que la présence simultanée des deux espèces, Pd0 et PdO, conduit à une meilleure activité. La caractérisation des systèmes Ni(x)/CaHAp et Ni(x)/CaFAp, nous a permis de montrer que le nickel est présent sous trois formes : (i) NiO sur la surface des catalyseurs, (ii) NiO déposé en petites particules présentant de fortes interactions avec le support et (iii) des ions Ni2+ échangés avec Ca2+ de la matrice phosphatée. Les tests de reformage du méthane au CO2 sur Ni(x)/CaHAp et Ni(x)/CaFAp, ont montré que les deux systèmes sont performants et stables. L’ajout du nickel au Ni(x)/CaHAp, diminue la conversion du méthane, qui passe de 78% sur Ni(4)CaHAp, à 75% sur Ni(8)/CaHAp. Dans le cas de Ni(x)/CaFAp, on assiste à une amélioration de l’activité avec la teneur en Ni.