Conversion of ethanol to butadiene on zinc-tantalum catalysts

Le butadiene est important compose, principalement utilise dans la fabrication du caoutchouc synthetique. Toutefois, le vapocraquage de naphta, sa methode de production actuelle, ne repond pas a des criteres environnementaux durables du a l’emission importante de gaz a effet de serre et la nature non-renouvelable des ressources fossiles. De plus, l’offre mondiale de butadiene risque de baisser a cause de l’emergence du gaz de schiste comme matiere premiere. Recemment, la conversion catalytique de l’ethanol en butadiene attire plus particulierement l’attention en tant que methode de production alternative renouvelable et selective. Toutefois, ce procede ne possede pas les performances requises pour son industrialisation : il souffre de faible activite, selectivite et productivite.L’objectif de cette these etait de developper un catalyseur a hautes performances dans la conversion de l’ethanol en butadiene. Suite a une revue de la litterature et un criblage de catalyseurs, une formulation a base de Zn et Ta supporte sur silice fut identifiee comme un materiau capable de hauts rendements en butadiene. Une comparaison entre different supports catalytiques permit de surcroit d’identifier la silice TUD-1 comme prometteuse pour atteindre haute productivite et selectivite en butadiene grâce a sa morphologie mesoporeuse. La synthese de Zn-Ta-TUD-1 fut optimise grâce a une approche de type « Plan d’Experience » consistant en un criblage de parametres de preparations, et en evaluant leur effet sur la morphologie at l’activite du catalyseur a l’aide d’outils statistiques. Le catalyseur Zn-Ta-TUD-1 optimise fut identifie comme possedant un rapport molaire Zn/Ta entre 1.5 et 2, avec une surface specifique plus grande que 600 m2·g-1 et des pores possedant un diametre moyen de 10 – 12 nm. La caracterisation des catalyseurs par IR-FT, UV-Vis, SPX, DRX et MET revela que la phase active comprenait Zn(II) et Ta(V) disperses. Dans le cas du tantale, il s’agissait de sites isoles tetraedriques et d’agregats en monocouche. La caracterisation de l’acidite de Zn-Ta-TUD-1 a l’aide de sondes basiques indiqua que la condensation de l’acetaldehyde se deroule lors de la reaction sur des sites acides de Lewis. L’etude de la stabilite suggera que la principale cause de desactivation consiste en la deposition d’especes carbonees lourdes dans les pores des catalyseurs.