Catalytic removal of formaldehyde over bulk or supported manganese oxides

Le formaldéhyde est une molécule gazeuse qui pollue l’air intérieur des habitations. On le retrouve également en air industriel lorsqu’il est utilisé comme matière première. Ce polluant est très néfaste pour l’Homme. L’objectif de cette thèse a été de développer des matériaux catalytiques peu onéreux destinés à la transformation de ce polluant à basse température en produits inoffensifs pour l’homme. Dans une première partie, les effets de différents paramètres de synthèse ont été étudiés dans le but d’optimiser la dispersion d’oxydes de manganèse dans la mésoporosité d’une silice organisée (SBA-15). Si l’agent structurant du support est conservé pour l’infiltration du précurseur de manganèse (méthode des sels fondus sans solvant), et si le temps de traitement hydrothermal est optimisé, alors les particules d’oxydes de manganèse sont hautement divisées dans la mésoporosité de la silice qui reste ouverte. Ces particules d’oxyde de manganèse sont très actives et très sélectives en dioxyde de carbone et en eau pour la réaction d’oxydation du formaldéhyde. La performance catalytique de ses nouveaux matériaux se compare directement à celle obtenue avec un matériau de référence (1%Pt/TiO2). Dans une deuxième partie, des oxydes de manganèse massiques ont été modifiés par broyage réactif, à partir d’un matériau commercial (α-MnO2) peu actif. Il a été démontré que l’énergie des broyages successifs permettait : (i) une diminution de la taille de domaine cristallin du matériau initial, et (ii) une augmentation significative de sa surface spécifique, qui a pu être directement reliée à l’amélioration des performances catalytiques du matériau pour l’oxydation totale du formaldéhyde.Formaldehyde is found either in indoor air or in industrial atmosphere due to its use as raw material for manufacture industry (especially wood and furniture industry). This pollutant has recognized dramatic harmful effects on human health. The objective of the Ph.D. is to develop new low cost and efficient materials for the catalytic elimination of formaldehyde at low temperature.The first step of the Ph.D. work concerned the dispersion of manganese oxide in organized silica host (SBA-15), with a systematic study of the preparation parameters on the final materials properties. From this study, we demonstrated that the use of a hybrid structure directing agent / silica host as support, in the case of melt infiltration impregnation, is an efficient way to favor divided manganese oxide formation with maintain of the accessibility to active sites. So obtained materials are highly active and selective to CO2, for the formaldehyde catalytic oxidation. Activities obtained are directly comparable to this obtained over reference platinum catalyst. The second part of the Ph.D. was devoted to the study of bulk manganese oxide modification. Objective is, starting from a commercial poorly efficient material, to achieve the production of active manganese oxide, using a simple solvent free process. The developed approach, in two grinding steps, involved: (i) the reduction of crystal size, down to few nanometers (with high energy ball milling process), (ii) the development of accessible surface (with low energy ball milling process). The catalytic activity was directly related to the improvement in textural properties over the material