Towards a further understanding of the selective catalytic reduction of nitrogen oxides by propene on alumina supported silver and gold catalysts

Ces travaux de thèse ont porté sur l'étude approfondie de catalyseurs à base d'argent et d'or dans la réduction catalytique sélective des NOx par C3H6. Pour le système Ag/Al2O3, nous avons réussi à fournir une explication rationnelle de l'origine de l'existence d'un optimum d'activité pour une teneur en Ag de l'ordre de 2 %pds reporté à plusieurs reprises. La caractérisation par NOx-TPD des catalyseurs Ag/Al2O3 a permis d'attribuer l'origine de cet optimum à la teneur maximale en Ag pour laquelle la dispersion quasi-atomique de l'argent est préservée. Nous avons aussi démontré pour la première fois que l'activité des catalyseurs Ag/Al2O3 dans la réduction des NOx par C3H6 en présence de H2 augmentait lorsque la densité surfacique en Ag diminuait. Ceci a été expliqué par l'augmentation du nombre de sites du support pouvant adsorber les NOx lorsque la teneur en Ag diminue. Le système catalytique Au/Al2O3 a été également étudié. En diminuant le nombre de sites d'or dans le réacteur, un effet promoteur de H2 a été mis en évidence pour la première fois pour ce système dans la réduction des NOx par C3H6. Cet effet promoteur était plus important lorsque la teneur en Au diminue. L'activité catalytique du système Au/Al2O3 a été optimisée par la cérine, le catalyseur présentant 1%pds en CeO2 et 0,5%pds en Au a montré la meilleure conversion des NOx. L'activité catalytique d'un système Au-Ag/Al2O3 a également été examinée mais trouvée moins intéressante que celles des systèmes monométalliques. La conversion des NOx en N2 en présence de H2 sur un catalyseur Ag/Al2O3 a pu être améliorée de prés de 30 % en déposant l'argent sur un support prétraité hydrothermalement.This work provides further insights into C3H6-SCR on alumina supported silver and gold catalysts. The origin of the optimum loading of 2 wt% of Ag on Al2O3 in the C3H6-SCR of NOx was elucidated with the help of an original characterization method (NOx-TPD). The optimum loading was attributed to the maximum loading of silver on Al2O3 for which highly dispersed Ag species are preserved. Our study highlights for the first time that the H2-C3H6-SCR catalytic performance of Ag/Al2O3 samples improved in the 150-550 °C temperature domain as the Ag loading decreased well below 2 wt%. A detailed kinetic study of H2-C3H6-SCR was performed and led us to conclude that the unexpected higher catalytic performance of the Ag samples with the lower Ag surface densities was attributed to the higher concentration of active sites on the Al2O3 supporting oxide able to chemisorb NOx species. Regarding Au/Al2O3 catalysts, our work provides the first experimental evidence of an H2 effect in C3H6-SCR over Au/Al2O3 catalysts. This effect could only be observed when the number of Au catalytic sites in the reactor was decreased. The influence of the Au loading on the H2-C3H6-SCR was investigated. Au/CeO2-Al2O3 system was optimized with addition of ceria. Among the Au/CeO2-Al2O3 catalysts evaluated, the sample containing 0.5 wt% Au and 1 wt% CeO2 exhibited the best NOx conversion in C3H6-SCR at low temperature (from 150 °C). The catalytic activity of bimetallic Au-Ag /Al2O3 catalysts was investigated in C3H6-SCR and H2-C3H6-SCR. Finally, NOx conversion to N2 on Ag/Al2O3 in H2-C3H6-SCR could be improved substantially by nearly 30 % when silver is added on hydrothermally pretreated Al2O3 support