Synthèse et caractérisation des oxydes mixtes type MXOY-TiO2 (M = V, Zr et Si) par voie Sol-Gel. Application à l’époxydation du cyclohexène.

Abstract

L’objectif de ce travail est de préparer des oxydes mixtes X%MxOy-TiO2, (M = V, Zr et Si), (X = 5, 10, 15 et 20 %) où X représente le pourcentage massique en MxOy , de les caractériser et d’étudier leurs réactivités dans l’époxydation du cyclohexène par l’hydroperoxyde de tertiobutyle (TBHP) en phase liquide. Ces oxydes mixtes ont été préparés par voie sol-gel et calcinés à 500 °C. Ces catalyseurs sont caractérisés par différentes méthodes d’analyses physico-chimiques (AAF, ICP, DRX, BET, ATG-ATD et FT-IR). D’après les résultats des caractérisations, nous constatons que : - L’analyse DRX montre que pour les trois systèmes nous avons l’apparition de la phase anatase de TiO2. La meilleure cristallinité a été observée pour le système en présence de V2O5. La phase rutile de TiO2 a été mise en évidence pour l’échantillon 5%ZrO2-TiO2, alors que la phase de SiO2 est amorphe et la phase de ZrO2 n’a pas été détectée. - L’analyse par adsorption d’azote, donne le classement de ces systèmes selon leurs surfaces spécifiques comme suit: SiO2-TiO2>ZrO2-TiO2>V2O5-TiO2 - L’analyse IR-TF de l'adsorption de la pyridine in situ montre que les trois systèmes présentent des sites acides de Lewis, alors que le 15%V2O5-TiO2 présente en plus les sites de Brönsted. Nous avons étudié aussi l’influence de divers paramètres expérimentaux sur la réaction d’époxydation du cyclohexène notamment l’effet du solvant, l’effet de la masse du catalyseur, l’effet de vieillissement et l’étude cinétique pour améliorer la conversion et la sélectivité en époxyde. Les résultats des tests catalytiques montrent que : - Les meilleurs résultats sont obtenus pour le système V2O5-TiO2. - Les meilleurs solvants sont l’heptane et l’acétonitrile qui donnent une bonne activité catalytique et une bonne sélectivité en époxyde. - Les meilleurs résultats ont été trouvés dans le cas de 100 et 150 mg avec une conversion de 46 et 53 % respectivement. La meilleure sélectivité en époxyde (79 %) est observée pour 100 mg de 20 % V2O5-TiO2. La réaction d’époxydation du cyclohexène en présence de 150 mg de 20 % V2O5-TiO2 est une réaction du second ordre. Le catalyseur 20 % V2O5-TiO2 est stable au cours de la réaction catalytique et approprié pour le recyclage.Abstract The aims of this work is to prepare mixed oxides X%MxOy-TiO2 (M = V, Zr and Si), (X = 5, 10, 15 and 20%), where X is the mass percentage MxOy of characterize and study their reactivity in the epoxidation of cyclohexene by tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in liquid phase. These mixed oxides were prepared by the sol-gel method and calcined at 500 ° C. These catalysts are characterized by different methods of physicochemical analysis (AAF, ICP, XRD, BET, TG-DTA and FT-IR). According to the results of characterizations, we find that: - The XRD analysis shows that for the three systems we have the appearance of TiO2 anatase. The best crystallinity was observed for the V2O5 system. The TiO2 rutile phase has been demonstrated for sample 5% ZrO2-TiO2, while the SiO2 phase is amorphous and ZrO2 phase was not detected. - Analysis by nitrogen adsorption, gives the classification of these systems according to their specific surface areas as follows: SiO2-TiO2 > ZrO2-TiO2 > TiO2-V2O5 - The FTIR analysis of the adsorption of pyridine in situ showed that all three systems have the Lewis acid sites, whereas the 15% V2O5-TiO2 present in addition Bronsted sites. To understand its behavior, and performance as a solid catalyst for the epoxidation of cyclohexene using TBHP as the oxidizer Furthermore, kinetic, catalyst stability, catalyst mass and solvent effects on the epoxidation reaction have been studied. The results of the catalytic tests show that: - The best results are obtained V2O5-TiO2 system. - The best solvents are heptane and acetonitrile to give a good catalytic activity and high selectivity to epoxide. - The best results have been found in the case of 100 and 150 mg with a conversion of 46 and 53% respectively. The best selectivity to epoxide (79%) was observed for 100 mg of 20% V2O5-TiO2. The epoxidation reaction of cyclohexene in the presence of 150 mg of 20% V2O5-TiO2 is a second-order reaction. The catalyst 20% V2O5-TiO2 is stable during the catalytic reaction and suitable for recycling.