New nano-oxide catalysts for CO2 hydrogenation reaction

L’augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphere, consideree comme l'une des sources anthropiques du rechauffement de la planete, suscite de plus en plus d'inquietudes et une prise de conscience sociale face au changement climatique. Les strategies de reduction des emissions de CO2 peuvent etre divisees en deux groupes (i) capture et stockage du carbone (CCS) et (ii) capture et utilisation du carbone (CCU). En comparaison avec le CCS, les technologies CCU permettent de convertir le dioxyde de carbone en un produit valorise. Ainsi, les methodes CCU traitent le CO2 en tant que matiere premiere et non en tant que polluant. Parmi les processus convertissant le CO2 en un compose valorise, on trouve la methanation du dioxyde de carbone. Dans ce processus, le dioxyde de carbone est hydrogene en methane a l’aide de l'hydrogene provenant de l’electrolyse de l'eau en utilisant par exemple des exces d'energie. Il convient de mentionner qu’une installation a l’echelle industrielle existe deja (jusqu’a 10 MW). La litterature suggere que le nickel est le metal actif le plus approprie dans ce procede en raison de (i) sa tres bonne activite catalytique (comparable aux metaux nobles), (ii) un faible cout et (iii) une grande disponibilite. Dans la litterature, differentes strategies ont deja ete mises en œuvre afin d'accroitre l'activite des catalyseurs a base de Ni lors de la methanation du CO2. Les plus courants incluent l’utilisation de divers supports, la modification de la teneur en nickel ou l’introduction de promoteurs. De telles strategies modifient les proprietes physicochimiques telles que l'interaction entre la phase active au nickel et le support, ce qui inhibe le frittage et augmente la capacite d'adsorption du CO2. Ces deux proprietes sont essentielles afin d’obtenir un catalyseur a la fois actif et selectif pour la methanation du CO2. L’application d’oxydes mixtes de magnesie et d’alumine permet d’introduire ces proprietes car le MgO possede un caractere basique et est fortement lie au NiO en raison de la formation d’une solution solide de NiO-MgO. Les hydrotalcites semblent etre les materiaux les plus prometteurs pour une telle application car NiO, MgO et Al2O3 peuvent etre facilement introduits dans ceux-ci. La litterature a confirme que les hydrotalcites contenant du Ni sont tres actifs dans cette reaction. L'objectif de cette these etait donc d'evaluer les proprietes catalytiques d'oxydes mixtes derives d'hydrotalcite contenant du Ni lors de la methanation du CO2. Comme la revue de litterature a montre qu'il y avait peu d'etudes sur de tels materiaux pour cette reaction, ces travaux ont servi a combler ces lacunes. Ces travaux peuvent etre divise en quatre parties : (i) evaluation des proprietes catalytiques d’hydrotalcites contenant diverses quantites de nickel dans des couches de type brucite, (ii) evaluation des proprietes catalytiques d’hydrotalcites contenant du nickel activees a l'aide de Fe ou de La, (iii) evaluation de l'effet de la methode d'introduction de La sur les proprietes catalytiques des Ni-hydrotalcites et (iv) optimisation des catalyseurs et examen de l'effet promoteur de La. Afin de correler les modifications des proprietes physico-chimiques des materiaux prepares par co-precipitation, les catalyseurs ont ete caracterises par analyse elementaire (ICP-MS ou XRF), DRX, IRTF, sorption de l’azote a basse temperature, H2-TPR et CO2-TPD. De plus, les catalyseurs selectionnes ont ete caracterises par TEM, XANES et XES. Les tests catalytiques ont ete effectues dans une plage de temperatures allant de 250°C a 450°C. Afin d'examiner l'effet de promotion de l'introduction du lanthane, les methodes XANES et XES dans diverses conditions de reaction ont ete mises en œuvre. (...)