Flow4Reactors (FEDER project)

MOST

Brève présentation des actions réalisées lors du premier semestre 2018: 

Les 3 équipes UCL (MOST, BSMA et IMAP) impliquées dans le projet Flow4Reactors ont poursuivi leurs efforts pour la préparation et la caractérisation de différents types de catalyseurs acides, en se basant sur l’amélioration des systèmes précédemment étudiés. L’équipe BSMA poursuit le développement des catalyseurs greffés afin d’en améliorer l’efficacité grâce à un greffage bi-fonctionnel. L’évaluation de l’activité catalytique par l’équipe UCL-MOST des différents types de catalyseurs pour la déshydratation du 1-butanol a montré de grandes variations d’activité en fonction du catalyseur considéré (catalyseur greffé, silice-alumine, hétéro-polyacide) et de ses caractéristiques (acidité, surface spécifique, hydrophilie). L'équipe IMAP de l'UCL s'est quant à elle consacrée à la modélisation de l'écoulement dans les réacteurs structurés. L'approche pseudo-continuum et les modèles de turbulence ont été étudiés en plus grand détail, ainsi que l'influence des paramètres du modèle de turbulence standard k-epsilon. Une unité de mesure de perte de pression a été construite permettant l’estimation de ces paramètres. Une unité de mesure de transfert de chaleur a également été conçue, qui servira à la validation plus poussée des modèles de simulation des réacteurs structurés et au développement des modèles de clôture.

 

L’équipe UCL_MOST s’est concentrée sur l’étude de catalyseurs hétéro-polyacides (HPA) et des catalyseurs greffés développés par UCL-BSMA.

Des catalyseurs HPA ont été modifiés en sels d’ammonium ou de césium et caractérisés par diverses méthodes spectroscopiques et physicochimiques, de même que les catalyseurs fournis par l’équipe UCL-BSMA, permettant ainsi leur comparaison quantitative. Les HPA présentent une très forte acidité de Bronsted mais une surface spécifique extrêmement faible. Après un échange partiel contrôlé proton/césium ou proton/ammonium, il est possible de modifier le paramètre de maille et les caractéristiques des HPA tout en conservant une acidité suffisante pour la réaction. Dans le cas des sels de césium, la surface spécifique est fortement augmentée, ce qui n’est pas observé pour les sels d’ammonium. Les analyses thermo-gravimétriques ont montrées que les sels d’ammonium présentaient une structure moins propice à la présence de l’eau (moins hydrophile) que les HPA de départ ou les sels de césium. Les catalyseurs de l’équipe UCL_BSMA présentent quant à eux une surface spécifique raisonnable et une acidité moyenne. Le nombre de sites acides a pu être augmenté tout en neutralisant la basicité du cycle triazolium.

Dans le même temps, des tests catalytiques ont été réalisés à différentes températures pour chaque type de catalyseurs en quantifiant pour chaque cas les conversions et sélectivités. Les HPA non modifiées n’ont pas montré d’activité intéressante et la procédure d’activation préalable (élimination des molécules d’eau de structure puis adsorption de 1-butanol à faible température) ne permet pas d’améliorer leur activité par activation du bulk. Dans le cas de certains sels d’ammonium, cette procédure permet une amélioration de l’activité catalytique, indiquant une activation du bulk pour ce type de catalyseurs. Certains des sels de césium permettent également une nette amélioration de l’activité catalytique liée à la grande surface spécifique de ce type de catalyseurs. Les catalyseurs sulfonés de l’équipe UCL_BSMA n’ont pas montré d’activités probantes et ce malgré le nombre plus important de sites acides. La suite de l’étude portera sur la poursuite de l’étude catalytique des catalyseurs HPA modifiés, ainsi que sur l’étude catalytique des catalyseurs bi-fonctionnels préparés par UCL-BSMA.