Design des nanocomposites métal-zéolithe hiérarchisés pour la synthèse directe des carburants à partir de biosyngas – DirectSynBioFuel

La nouveauté de cette proposition est liée au développement des nouvelles stratégies de synthèse pour la préparation de nanocomposites métal-zéolite. Les supports cristallins microporeux, mésoporeux ou macroporeux servent comme matrice pour des nanoparticules métalliques, car les restrictions stériques offertes par les cages des zéolites limitent la taille des clusters et permettent ainsi un contrôle efficace de la dispersion métallique. Le confinement dans des cages peut entraver les interactions de cluster aves les sites acides et accroître la stabilité du cluster. La régularité et la distribution uniforme des clusters métalliques dans une matrice de zéolite devraient entraîner une augmentation importante de la sélectivité et conduire à des rendements plus élevés en hydrocarbures ramifiés. Dans les catalyseurs finaux, la zéolite sera utilisée pour héberger des nanoparticules métalliques pour la synthèse FT, tandis que l’hydrocraquage/isomérisation des hydrocarbures se fera dans les micro-, méso - et macropores.

Un contrôle efficace de la morphologie de catalyseur a entraîné l’amélioration majeure des propriétés diffusionnelles de zéolite. Plusieurs méthodes de préparation des nano composites métal-zéolite et d'encapsulation de nanoparticules métalliques dans la zéolite ont été développées. Ces nouveaux catalyseurs ont démonté une performance fortement améliorée dans la synthèse d’hydrocarbures de type essence lors la synthèse de Fischer-Tropsch.

Des nouveaux catalyseurs nanocomposites à base de zéolite et de nanoparticules métalliques démontrant les propriétés remarquables pour la production directe de paraffines ramifiés à partir de gaz de synthèse ont été conçus. Ces nouvelles stratégies peuvent ensuite être utilisées pour la conception des catalyseurs bifonctionnels pour d’autres réactions catalytiques importantes.

Plusieurs articles soumis à des revues réputées de la catalyse, présentations orales au congres EuropaCat13, au congrès européen sur les zéolites et au congrès brésilien de la catalyse.

Ce projet porte sur de nouvelles stratégies de préparation de nanocomposites métal -zéolites hiérarchisées et sur leur utilisation pour la synthèse directe de carburants de type essence à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse. Une nouvelle méthode serait utilisée pour la synthèse de zéolites hiérarchisées afin de contrôler la taille de leurs méso- et macropores. Cette méthode offre l'avantage de conserver les propriétés intrinsèques de la zéolite initiale. On peut grâce à elle obtenir une zéolite qui ait de bonnes capacités de transport de matière et une acidité donnée. Le procédé permet aussi d’obtenir des pores et des cavités secondaires dans les cristaux des zéolites ; ils serviront de matrices pour des nanoparticules métalliques. Des mono- et nanoparticules bimétalliques d’une forme et d’une taille données seront préparées dans des systèmes colloïdaux. Leur taille et leur morphologie seront modifiées par un contrôle efficace de la synthèse. Des nanoparticules colloïdales de Co, Fe ou Ru pour la synthèse Fischer-Tropsch seront incorporées dans les cavités. Les nanoparticules métalliques seront préformées, puis introduites dans la matrice zéolite. Ce mode de préparation permettra un contrôle précis de la composition, de la forme et de la size des particules métalliques. Enfin, les nanoparticules métalliques seront encapsulées dans des cristaux de zéolite. Ces stratégies fourniront des composites qui contiendront des nanoparticules métalliques de la taille souhaitée et qui présenteront un bon contact avec la phase nanométrique de la zéolite. Le contact étroit entre les particules métalliques et la matrice de la zéolite devrait permettre d’élaborer des catalyseurs efficaces pour la synthèse directe de carburants de type essence à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse et de limiter ou supprimer la formation de produits indésirables.