Synthèse de nanoparticules d’or supportées sur oxydes mésoporeux. Application à l’oxydation de composés organiques volatils modèles.

Abstract

L’obtention de nanoparticules d’or nécessite le contrôle de nombreux paramètres et la compréhension du mode d’interaction entre l’or et le support. Pour cela, le choix du support est très important. Le premier volet de la thèse concerne la préparation contrôlée des catalyseurs à base d’or supporté sur les oxydes mésoporeux réductibles TiO2, CeO2 et Fe2O3 synthétisés via deux stratégies Soft et hard template en utilisant respectivement comme agents structurants le tribloc copolymère (Pluronic 123) et la silice mésoporeuse SBA-15. Les différentes techniques de caractérisation mettent bien en évidence que le taux de dépôt de l’or dépend de la concentration initiale de HAuCl4, de la méthode de préparation (DPU, DP NaOH), de la teneur en or visée et de la nature du support ; Ces résultats sont à relier à la spéciation des espèces or en solution en fonction du pH final de la solution. Les taux de dépôt de l’or sont plus importants sur CeO2 et ceci quelle que soit la teneur en or visée dans ce travail. Une dispersion très élevée est obtenue (la taille moyenne des particules d’or est de 2nm) sur les catalyseurs à 1% et 2%Au/CeO2 préparés par la méthode DPU et calcinés à 400°C. Le deuxième volet de cette étude concerne l’oxydation en phase gaz d’une molécule organique modèle le toluène et l’oxydation en phase liquide d’une molécule organique modèle le phénol par des réactions de type Fenton et photo Fenton. Dans l’oxydation du toluène en phase gazeuse, les catalyseurs à base d’or supportés sur oxydes mésoporeux sont totalement sélectifs en CO2 et H2O. Les performances catalytiques dépendent des conditions de synthèse des catalyseurs et de la nature de l’oxyde utilisé ; le catalyseur 1%Au/CeO2 est très actif et très stable au cours de quatre cycles successifs et au cours du temps. L’oxydation en phase liquide d’une molécule organique modèle le phénol par des réactions de type Fenton et photo Fenton a été effectuée sur les catalyseurs FeSBA-15 synthétisés via différentes stratégies : introduction du fer par voie postsynthétique et par voie hydrothermale en milieu faiblement et fortement acide respectivement à pH=6 et pH=3. Les performances catalytiques dépendent du rapport Si/Fe et de la taille des particules des espèces de fer, la taille des particules étant directement liée à la stratégie de synthèse des catalyseurs. Le catalyseur FeSBA-15(Si/Fe=60) synthétisé à pH=6 est un candidat potentiel dans la dégradation de polluants organiques par procédé Fenton et photo-Fenton en milieu neutre.Abstract Well dispersed gold nanoparticles are the key to obtain an active gold catalyst. Obtaining gold nanoparticles requires control of many parameters and understanding of the interaction mode between gold and the support. For this reason the choice of the support is very important. The first part of this thesis concerns the controlled preparation of gold catalysts supported on reducible mesoporous oxides TiO2, CeO2 and Fe2O3 synthesized via two strategies Soft and Hard template using respectively. triblock copolymer (Pluronic 123) and mesoporous silica SBA-15 as template. This study clearly shows that the gold loading depends on the initial concentration of HAuCl4, the method of preparation (DPU DP NaOH), theoretical gold content and the nature of the support. These results are to relate to the gold speciation which is a function of pH of the solution. The gold loading is higher on CeO2 than on TiO2 and Fe2O3 whatever the theoretical gold content. Very high gold dispersion is obtained (the gold particle size is 2 nm) on 1wt% and 2wt% Au/CeO2 prepared by DPU and calcined at 400°C. The second part of this study concerns the toluene oxidation in the gas phase on Au/mesoporous oxide catalysts and the Fenton and photo-Fenton degradation of phenolic aqueous solutions by H2O2 on FeSBA-15 catalysts prepared following different synthesis routes, direct synthesis by adjusting pH at 3 and 6 and with post synthesis procedure. In the toluene oxidation in the gas phase Au/mesoporous oxide catalysts are totally selective for CO2 and H2O. The catalytic performances depend on the synthesis conditions of catalysts and the support; the 1wt% Au/CeO2 catalyst is very active and exhibits a long-term stability. In the Fenton and photo-Fenton degradation of phenolic aqueous solutions the catalytic performances depend on the Si/Fe ratio and the particle size of the iron species, the particle size being directly related to the synthesis strategy of the catalysts. The catalyst FeSBA-15 (Si/Fe = 60) synthesized at pH = 6 is a potential candidate in the degradation of organic pollutants by Fenton and photo-Fenton process in neutral medium.