Preparation of controlled porous alumina-based support : study of the boehmite interaction in solvants and the functional properties of the resulting materials

Préparation d'alumine à porosité contrôlée : étude de l'interaction de la boehmite dans des solvants et des propriétés fonctionnelles des matériaux résultants.

Camille Morin (1)

1 PHENIX - PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX

Textural properties of catalytic supports are closely related to the organization of boehmite crystallites (AlOOH, nH2O) during the synthesis and the shaping. The modification of this organization by mixing the boehmite with alcohols leads to an increase of the porosity which is very interesting for catalysis processes sensitive to diffusional limitations. A novel way of support preparation obtained by dispersing boehmite in mixed protic polar solvents allows highlighting a control of the porosity depending on the solvents ratio. The kinetic of aggregation, and hence the particles organization, is influenced by the solvent nature. The tuning of the steric effect and the affinity of the solvent for the boehmite surface allows controlling the solvation layer thickness. Consequently of this particular microstructure in dispersion, the porosity can be tuned on a wide range, while keeping a constant specific surface area. The impact on the functional properties of the support, like the mechanical and the catalytic properties, are estimated. A two-nested scales micromechanical approach was carried out and leads to elastic modulus close to the experimental one. Hydrodemetallization activity is greatly enhanced with the porosity, while preserving a high hydrodesulfurization activity. This study is promising in order to predict the properties of the final support from the control of the dispersion microstructure.

Les propriétés texturales des supports sont intimement liées à l’organisation des cristallites de boehmite (AlOOH, nH2O) lors des procédés de synthèse et mise en forme. La modification de cette organisation par dispersion de la boehmite dans des alcools a pour conséquence une exaltation de la porosité extrêmement intéressante pour les applications en catalyse sensibles aux limitations diffusionnelles. La mise en place d’une voie originale de préparation des supports par dispersion de boehmite dans un mélange de solvants protiques polaires a permis de mettre en évidence un contrôle de la porosité en fonction des ratios entre les solvants. La nature du solvant influe sur la cinétique d’agrégation et donc sur l’organisation des particules. La modulation de l’encombrement stérique et de l’affinité du solvant pour la surface de la boehmite permettent de contrôler l’épaisseur de la couche de solvatation formée à la surface. En conséquence de cette microstructure particulière en dispersion, les propriétés de l’alumine finale peuvent être ajustées sur une large gamme de porosité à surface spécifique constante. L’impact sur les autres propriétés fonctionnelles du matériaux, comme les propriétés mécaniques et catalytiques a été évalué. Une approche par la micromécanique à plusieurs échelles a été élaborée et conduit à des modules élastiques proches de ceux mesurés par microindentation. L’activité en hydrodémétallation est significativement améliorée avec l’élévation de la porosité, tout en gardant une activité en hydrodésulfuration élevée. Cette démarche est prometteuse pour la prédiction des propriétés du support final à partir du contrôle de la microstructure de la dispersion.

Mots clés: Textural properties; Porosity; Solvent

Mots clés: Alumine; Porosité; Catalyse; Mécanique; Suspension colloïdale; Solvant

Domaines: Chimie-Physique [physics.chem-ph]

Camille Morin. Préparation d'alumine à porosité contrôlée : étude de l'interaction de la boehmite dans des solvants et des propriétés fonctionnelles des matériaux résultants.. Chimie-Physique [physics.chem-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. Français. ⟨NNT : 2014PA066702⟩. ⟨tel-01382486⟩