DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Intimité Nanométrique en Catalyse Hétérogène – INCH

Résumé de soumission

Généralement, les deux fonctions d’un catalyseur bifonctionnel sont distribuées de manière aléatoire et ses propriétés catalytiques sont maximisées en faisant varier leurs quantités respectives afin d’obtenir une ‘balance idéale’. Une telle approche ne considère pas la distance entre les deux fonctions si ce n’est la nécessité de respecter le critère d’intimité défini par Weisz indiquant la distance maximale entre les fonctions au-delà de laquelle la vitesse de réaction devient nulle. Cependant, ce critère correspond à une échelle micrométrique et ne tient pas compte du rôle de l’intimité atomique et nanométrique sur la sélectivité. Ce rôle est rarement considéré dans la littérature et manque de données quantitatives.
Ainsi, les principaux objectifs du projet INCH sont de mieux comprendre l’effet sur la sélectivité de la densité de contact (intimité de contact, échelle atomique) et de la distance entre deux fonctions (intimité nanométrique) d’un catalyseur bifonctionnel à partir de données quantitatives et de définir de nouveaux critères d’intimité. Le projet se focalisera sur la conversion directe du gaz de synthèse en oléfines légères par les procédés SDTO et OX-ZEO sur des catalyseurs bifonctionnels (Cu/ZnO, SAPO-34) et (ZnCr2O4, SAPO-34) respectivement. Ces procédés sont de bons candidats car les intermédiaires formés sur la fonction hydrogénante ( le méthanol et le kétène sur Cu/ZnO et ZnCr2O4 respectivement) doivent diffuser jusqu’à la fonction acide (SAPO-34) pour former les oléfines.
Pour atteindre ces objectifs, un consortium comprenant des chercheurs, ingénieurs et techniciens de trois laboratoires français (IRCELYON, IC2MP, LGPC) a été réuni. Ce consortium couvre toute la chaine de la catalyse hétérogène : conception de catalyseurs, caractérisations dont des mesures in situ/operando, propriétés catalytiques, macro/micro cinétique et génie chimique.
La méthodologie de travail comprend :
- Le management du projet par le coordinateur,
- L’étude de l’intimité de contact en préparant et caractérisant des catalyseurs dont la densité de contact entre les fonctions sera modulée,
- L’étude de l’intimité nanométrique en préparant et caractérisant des catalyseurs de type core-shell dont la distance entre les fonctions sera modulée,
- La quantification de l’intimité par des techniques telle que les microscopies électroniques, la chimisorption d’H2, l’hydrogénation d’amines insaturée et la spectroscopie FRET,
- Des mesures de propriétés catalytiques et mesures de données cinétiques (chaleurs d’adsorption, coefficient de diffusion),
- Une modélisation cinétique et une modélisation 2D/3D permettant d’aboutir à la définition de nouveaux critères.
Pour mener à bien ce travail, une aide financière de 492,7 keuros est demandée à l'ANR. Elle inclut le financement d'un doctorant (36 mois), de deux post-doctorants (18 mois chacun) et de stagiaires pour renforcer les moyens humains du consortium.
L’approche scientifique du projet INCH est fondamentale ce qui justifie le choix du programme PRC. Le projet relève du défi 3 car le développement d’une voie plus durable pour produire ces oléfines est un enjeu majeur pour le renouveau industriel. De manière générale, il vise à concevoir des catalyseurs bifonctionnels très sélectifs et la méthodologie peut être transposée à d’autres réactions de catalyse bifonctionnelle de raffinage ou de conversion de molécules biosourcées.
Le projet générera de nombreux résultats fondamentaux (quantification de l’intimité pour deux types de catalyseurs, données cinétiques, critères d’intimité) et des données sur le plan appliqué (performances catalytiques pour les procédés SDTO et OX-ZEO). Certains d’entre eux sont particulièrement originaux (hydrogénation d’amines insaturés, mesures FRET et RF-IGC,..). La stratégie de diffusion sera de valoriser en priorité les résultats dans des journaux à fort indice d’impact et de les diffuser largement dans des congrès nationaux et internationaux.

Coordinateur du projet

Monsieur Stephane Loridant (Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IC2MP Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers
LGPC CNRS Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques
IRCELYON Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon

Aide de l'ANR 427 718 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

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