Des supports de catalyseurs métalliques nanoporeux
La réaction FT (hydrogénation du monoxyde de carbone (CO)) a lieu sur des catalyseurs de cobalt (Co) ou de fer (Fe), mais les températures et les pressions élevées provoquent des interactions avec les supports de catalyseurs qui ont tendance à produire une désactivation irréversible des catalyseurs. Les scientifiques se sont penchés sur l'utilisation des supports de catalyseurs SiC poreux dans la synthèse de FT grâce au financement de l'UE dans le cadre du projet SICCATALYSIS («Porous silicon carbide as a support for Co metal nanoparticles in Fischer–Tropsch synthesis»). Le SiC est connu pour sa conductivité thermique élevée, son inertie et sa stabilité mécanique, ce qui en fait un candidat excellent comme support de catalyseur dans des réactions à températures élevées. Le SiC poreux empêche la surchauffe des métaux et le frittage des composants actifs grâce à la conductivité thermique élevée du SiC. Sa nature poreuse permet l'intégration des nanoparticules de Co pour une activité plus élevée et une sélectivité par unité de masse du catalyseur à des supports non poreux. Les chercheurs ont utilisé deux voies différentes pour obtenir un SiC poreux avec une large surface mésostructurée bien ordonnée. La gravure électrochimique d'une tranche polycrystalline de SiC brut a obtenu des résultats fructueux en termes de caractéristiques des pores, de surface et de stabilité à température élevée. Une voie de synthèse de nanomoulage impliquait l'imprégnation des pores d'un modèle de dioxyde de silicium (SiO2) avec du polycarbosilane. Les matériaux ont par la suite été recuits à une température très élevée et le SiO2 a été retirée des pores de SiC. Deux méthodes différentes ont également été exploitées pour enfouir du SiC poreux au Co dans le cadre d'études de réaction FT: une technique d'injection chaude et une à faible précipitation. Des échantillons de Co passif/SiC poreux ont été transférés à un réacteur à haute pression pour évaluer l'activité catalytique dans la réaction de synthèse FT. De façon intéressante, les scientifiques ont remarqué une augmentation importante au niveau de la sélectivité pour C2+ et une baisse de la production de méthane. Ces résultats soutiennent l'idée selon laquelle le méthane est formé par hydrogénation du carbone de surface après la dissociation de CO alors que l'allongement de la chaîne implique un mécanisme différent. L'équipe étudie actuellement la formation d'alcools à longue chaîne par la synthèse FT au travers du mélange de Co et de cuivre. Ces alcools représentent d'importantes matières premières pour les plastifiants, les lubrifiants et les détergents, entre autres. SICCATALYSIS a fourni un aperçu important sur l'utilisation de SiC poreux avec une structure bien définie comme support mésoporeux pour des nanoparticules de métal dans des réactions catalytiques hautement exothermiques.
Mots‑clés
Supports de catalyseurs, Fischer-Tropsch, cobalt, carbure de silicium, poreux
