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Rationalisation de l’´ etape d’impr´ egnation de catalyseurs ` a base d’h´ et´

Rationalisation de l’´ etape d’impr´ egnation de catalyseurs ` a base d’h´ et´ eropolyanions de molybd` ene support´ es sur alumine Jonathan Moreau To cite this version: Jonathan Moreau. Rationalisation de l’´ etape d’impr´ egnation de catalyseurs ` a base d’h´ et´ eropolyanions de molybd` ene support´ es sur alumine. Other. Universit´ e Claude Bernard - Lyon I, 2012. French. <NNT : 2012LYO10044>. <tel-00865838> HAL Id: tel-00865838 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00865838 Submitted on 25 Sep 2013 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. N° d’ordre 44-2012 Année 2012 THÈSE DE L’UNIVERSITÉ DE LYON - Spécialité Chimie - Délivrée par L’UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD LYON 1 ÉCOLE DOCTORALE DE CHIMIE DE LYON DIPLÔME DE DOCTORAT (Arrêté du 7 août 2006) soutenue publiquement le 29/03/2012 par Jonathan MOREAU Rationalisation de l'étape d'imprégnation de catalyseurs à base d'hétéropolyanions de molybdène supportés sur alumine. Directeur de thèse : M. Stéphane LORIDANT JURY : M. Stéphane DANIÈLE, président du jury M. Xavier CARRIER, rapporteur Mme Carole LAMONIER, rapporteur M. Cyril RUCKEBUSCH, examinateur M. Olivier DELPOUX, ingénieur de recherche IFPEN Mme Elodie DEVERS, invitée M. Mathieu DIGNE, invité Remerciements Tout d'abord, je commencerai par remercier l'Université Claude Bernard Lyon 1 et Monsieur Jean-Marc Lancelin, directeur de l'école doctorale 206 de Chimie de Lyon, pour m'avoir permis de me lancer dans trois années de recherche autant formatrices qu'enrichissantes. Je remercie également tous les membres du Jury d’avoir accepté de juger mes travaux de thèse, et de venir à IFPEN pour assister à la soutenance et délivrer leur évaluation finale. Ensuite, je continuerai en remerciant les personnes du laboratoire de l'IRCELYON (Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon) à Villeurbanne où je suis resté un an. Je tiens donc à remercier Monsieur Michel Lacroix pour m'avoir permis d'effectuer mes travaux de thèse en collaboration avec son laboratoire. Je remercie ensuite Messieurs Christophe Geantet et Jean-Marc Millet pour leur accueil au sein de leur groupe RAVIH (RAffinage et Valorisation Innovante des Hydrocarbures). Groupe que je remercie également dans sa totalité pour son excellente ambiance. Des remerciements particuliers à Stéphane Loridant, mon directeur de thèse, pour m'avoir fait partager son expertise de la spectroscopie Raman en plus de tous ses conseils formateurs, sa démarche scientifique, les discussions que nous avons eues, sa patience et sa rigueur correctionnelle. Pour n'en citer que quelques autres, Gilles Berhault, mon collègue de bureau, Chantal Lorentz, qui a réalisé les mesures de RMN, les doctorants Delphine Gotteland et Jérôme Stihle, notamment pour les matchs défoulants de badminton, ainsi que Pascaline Garbey et sa bonne humeur. J'adresserai un grand remerciement supplémentaire au personnel des services scientifiques, Gérard Bergeret et Françoise Bosselet pour les diffractions des Rayons-X, Pascale Mascunan et Noëlle Cristin pour les analyses texturales, Swamy Prakash pour m'avoir laissé manipuler le spectromètre UV, et bien évidemment Marlène Daniel qui m'a formé à l'utilisation du spectromètre Raman. En ce qui concerne IFP Energies Nouvelles, je remercie Monsieur Thierry Bécue pour m'avoir permis de mener mes travaux de thèse au sein de sa direction Physique et Analyses. Je remercierai également Madame Nathalie Schildknecht de m'avoir accueilli dans son département Caractérisation des Produits dans les meilleures conditions, ainsi que Monsieur Christophe Pichon par la suite. Je ne remercierai jamais assez Mathieu Digne, sans lequel je ne me serai probablement pas lancé dans l'aventure qu'une thèse représente (je n'oublie pas non plus le rôle de Gracinda Ribeiro et Audrey Bonduelle). Les discussions, ses conseils, ses idées m'ont été d'une aide très précieuse, non seulement avant, mais aussi pendant toute la durée de ma thèse au cours de laquelle il m'a encadré. Tout comme Olivier Delpoux qui m'a appuyé, qui m’a fait confiance, qui a passé beaucoup de temps à me conseiller, beaucoup de temps à relire des pages et des pages parfois indigestes, et qui a contribué à faire de cette thèse un travail de qualité. Karin Marchand m'a également encadré et aidé avec son dynamisme et sa longue expérience, avant son départ. Je remercierai donc Elodie Devers d'avoir réussi à m'encadrer en cours de route avec enthousiasme pour conserver l'expertise en hydrotraitement nécessaire à cette thèse. Je tiens à remercier Gracinda Ribeiro, Florence Del Toso, Sophie Bailly, Corinne Sagnard, David Gonçalvès, Charles Leroux, Eric Lido, Marie-Paul Finot, pour toute l'aide technique qu'ils m'ont apporté. J'ajouterai dans ces remerciements l'équipe technique des différents laboratoires R05 qui ont réalisé mes quelques demandes d'analyses (notamment Philippe Lecour pour l’XPS, le laboratoire de microscopie pour sa réactivité, ainsi que les laboratoires AA-ICP et RX). Ayant été en collaboration avec la direction Catalyse et Séparation, je remercierai Monsieur Denis Guillaume, ainsi que Fabrice Bertoncini et son département Catalyse par les sulfures au sein duquel j'ai pu préparer mes échantillons. Les doctorants Mathias Ruinart De Brimont, Jérémy Francis, Bertrand Baubet, Fabien Leydier, Guillaume Magendie, avec qui j'ai passé de bons moments. Mes remerciements s'adressent également aux technicien(ne)s Gracinda Ribeiro, Véronique Delattre, Julie Marin, Georges Fernandès, Florence Del Toso, Sébastien Aubineau, qui m’ont apporté une aide précieuse, ainsi qu’à toutes et tous les autres membres du groupe de catalyse par les sulfures. Je n'oublierai pas de remercier Nathalie Crozet et Jean Ouvry, mes collègues de bureau, qui se sont bien occupés de moi, notamment en s'inquiétant pour ma santé. Merci également à leurs collègues Nicolas Girod, Frédérique Hauviller, Michael Legast, Denis Roux, et Saliha Benguesmia. Je m'arrêterai ici pour finalement remercier toutes les personnes que je n'ai pas nommées mais que j'ai rencontrées plus ou moins promptement tout au long de ces trois dernières années et qui ont contribuées de près ou de loin, directement ou indirectement, à l'aboutissement de mes travaux de thèse. TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS 2" LEXIQUE 1" GRANDEURS ET UNITES 2" INTRODUCTION 3" CHAPITRE I - PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE 8" 1. L'HYDROTRAITEMENT DU PETROLE ________________________________________________ 8" 1.1 RAFFINAGE DU PETROLE ET HYDROTRAITEMENT 8" 1.2 LES CATALYSEURS D'HYDROTRAITEMENT 12" 1.2.1 Préparation 14" 1.2.2 Caractérisation 16" 1.2.2.1 Caractérisation des précurseurs oxydes 16" 1.2.2.2 Caractérisation des catalyseurs sulfurés 17" 1.3 LES HETEROPOLYANIONS (HPA) 19" 1.3.1 HPA d’Anderson : monomère HmXnM6O24 et dimère HmXn 2M10O38 22" 1.3.1.1 Synthèse des HPA d'Anderson à base de molybdène et de cobalt 23" HPA d’Anderson avec l'ammonium en contre-ion 23" HPA d’Anderson avec le cobalt en contre-ion 24" 1.3.1.2 Étude du dimère d'Anderson 25" 1.3.1.3 Synthèse de l’HPA d’Anderson [H6AlMo6O24]3- 26" 1.3.2 Caractérisation des HPA 27" 1.4 CONCLUSION 32" 2. PROCESSUS PHYSICO-CHIMIQUES LORS DE LA PREPARATION D’UN CATALYSEUR SUPPORTE _ 33" 2.1 STABILITE DES ESPECES DANS LA SOLUTION D'IMPREGNATION EN FONCTION DU PH 33" 2.2 INTERACTIONS SOLUTION/SUPPORT LORS DE L'IMPREGNATION 34" 2.2.1 Les interactions solution/surface d’un oxyde 37" 2.2.2 Modèles théoriques surface/interface 38" 2.2.2.1 Modèles d'ionisation de surface 38" 2.2.2.2 Structure de l'interface support / solution [77] 41" 2.2.2.3 Modes d'adsorption 43" 2.2.2.4 Amélioration apportée à la modélisation de la structure de l'interface 48" 2.2.3 Détermination du mode d’adsorption prédominant [77] 51" 2.2.4 Dissolution partielle du support 54" 2.3 DIFFUSION / INTERACTIONS DE LA SOLUTION LORS DE LA MATURATION DU SUPPORT IMPREGNE 56" 2.4 DIFFUSION / CONVECTION / INTERACTIONS LORS DU SECHAGE DU SUPPORT IMPREGNE [1] 57" 2.5 CHANGEMENTS DE PHASES LORS DE LA CALCINATION ET DE L'ACTIVATION 57" 3. OBJECTIFS DE LA THESE ________________________________________________________ 59" CHAPITRE II - METHODOLOGIE ET MOYENS EXPERIMENTAUX 62" 1. METHODOLOGIE ______________________________________________________________ 62" 1.1 ÉTUDE DES SOLUTIONS D'IMPREGNATION 63" 1.1.1 Optimisation de la synthèse de (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O38 6-) 63" 1.1.2 Étude de la stabilité de (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O38 6-) en fonction du pH, de [Mo], et de Co/Mo 64" 1.2 ÉTUDE DE L'IMPREGNATION DE L'ALUMINE γ PAR (3 CO2+ ; H4CO2MO10O38 6-) 65" 1.3 ÉTUDE DE L’IMPACT DE L’ETAPE D'IMPREGNATION SUR L'ACTIVITE CATALYTIQUE 66" 2. MOYENS EXPERIMENTAUX ______________________________________________________ 67" 2.1 PREPARATION DE SOLUTIONS ET COMPOSES DE REFERENCE 67" 2.2 PREPARATION DES ECHANTILLONS IMPREGNES 68" 2.3 TECHNIQUES DE CARACTERISATION 69" 2.3.1 Spectroscopie Raman 70" 2.3.1.1 Théorie 70" 2.3.1.2 La quantification 73" 2.3.1.3 Appareillage 74" 2.3.1.4 Prétraitement des données 75" 2.3.1.5 La méthode SIMPLISMA 78" 2.3.2 Autres techniques 83" 2.3.2.1 Spectroscopie UV-visible 83" 2.3.2.2 Spectroscopie RMN 27Al 84" 2.3.2.3 Spectrométrie par torche à plasma (ICP-AES) 85" 2.3.2.4 Diffraction des rayons X (DRX) 86" 2.3.3 Techniques de caractérisation des phases sulfures 87" 2.3.3.1 Spectroscopie de photoélectrons X (XPS) 87" 2.3.3.2 Microscopie électronique en transmission (MET) 92" 2.4 TESTS CATALYTIQUES 93" 3. MISE AU POINT DES CONDITIONS EXPERIMENTALES (RAMAN) __________________________ 95" 4. CONCLUSION _________________________________________________________________ 102" CHAPITRE III – ETUDE DES SOLUTIONS D'IMPREGNATION 104" 1. FORMATION ET STABILITE DE H4CO2MO10O38 6- _____________________________________ 105" 1.1 OPTIMISATION DU PROTOCOLE DE SYNTHESE 105" 1.1.1 Méthode catalytique 107" 1.1.2 Méthode hydrothermale 109" 2. SPECIATION DE MO ET CO DANS uploads/Geographie/ th2012-moreau-jonathan.pdf