Influence of the preparation method on the activity of copper-manganese oxides for toluene total oxidation
Résumé
Copper manganese oxides were prepared either by a co-precipitation method using metal nitrates as precursors, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) as precipitant or by a redox-precipitation method using manganese acetate and copper nitrate as precursors, permanganate of potassium as oxidant. Copper manganese oxides synthesized by the redox method and calcined at 300 °C were also doped with Pt and Pd (0.5 wt%). The materials were characterized by ICP-OES, X-ray powder diffraction, N2 adsorption/desorption analysis, temperature-programmed reduction, X-ray photoelectron spectroscopy and time-of-flight secondary-ion mass spectrometry. The catalyst properties were assessed in total oxidation of toluene and compared with those of the corresponding single oxides and of a commercial Hopcalite catalyst. Copper manganese oxides were proved to be more active than the single oxides whatever the method of preparation used. CuMnOx prepared via redox method were more active than the catalyst prepared by co-precipitation and compared favorably with the commercial Hopcalite. The overall characterization results revealed that the redox method can ensure a good dispersion of copper in close interaction with manganese preserving more active sites at the outermost layers of the catalyst in comparison with the catalyst obtained via co-precipitation. However all the catalysts deactivate to some extent at the earlier stages of the reaction before to reach a steady-state. For redox catalysts calcined at 300 °C, although the dispersion of trace amount of noble metals does not ensure a better activity, adding Pt allows to get a better resistance to deactivation. Additionally it is to be noticeable that the catalyst using redox-precipitation method calcined at 200 °C outperforms the commercial hopcalite overtime on stream.
Les oxydes de cuivre et de manganèse ont été préparés soit par une méthode de co-précipitation utilisant des nitrates métalliques comme précurseurs, l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) comme précipitant, soit par une méthode de précipitation redox utilisant l'acétate de manganèse et le nitrate de cuivre comme précurseurs, le permanganate de potassium comme oxydant. Les oxydes de cuivre et de manganèse synthétisés par la méthode redox et calcinés à 300 °C ont également été dopés au Pt et au Pd (0,5 % en poids). Les matériaux ont été caractérisés par ICP-OES, diffraction des rayons X sur poudre, analyse d'adsorption/désorption de N2, réduction programmée en température, spectroscopie photoélectronique à rayons X et spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol. Les propriétés du catalyseur ont été évaluées lors de l'oxydation totale du toluène et comparées à celles des oxydes simples correspondants et d'un catalyseur Hopcalite commercial. Les oxydes de cuivre et de manganèse se sont révélés plus actifs que les oxydes simples, quelle que soit la méthode de préparation utilisée. Les CuMnOx préparés par la méthode redox étaient plus actifs que le catalyseur préparé par coprécipitation et se comparaient favorablement à l'Hopcalite commercial. Les résultats de la caractérisation globale ont révélé que la méthode d'oxydoréduction peut assurer une bonne dispersion du cuivre en interaction étroite avec le manganèse, ce qui préserve davantage de sites actifs dans les couches extérieures du catalyseur par rapport au catalyseur obtenu par coprécipitation.Cependant, tous les catalyseurs se désactivent dans une certaine mesure aux premiers stades de la réaction avant d'atteindre un état stable. Pour les catalyseurs redox calcinés à 300 °C, bien que la dispersion de traces de métaux nobles ne garantisse pas une meilleure activité, l'ajout de Pt permet d'obtenir une meilleure résistance à la désactivation. En outre, il convient de noter que le catalyseur utilisant la méthode de précipitation redox calciné à 200 °C est plus performant que l'hopcalite commerciale en flux.
Domaines
Catalyse
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