Synthèse de composites carbone alumine par imprégnation pyrolyse de saccharose

Les composites carbone/alumine synthétisés par la technique d’imprégnation/pyrolyse de saccharose ont été préparés suivant le protocole décrit par Lin et al.3. La synthèse consiste en une imprégnation à sec de l’oxyde avec une solution aqueuse de saccharose suivie d’un traitement thermique sous atmosphère inerte que l’on appellera pyrolyse. Typiquement, une solution aqueuse de saccharose de volume égal au volume poreux de l’alumine à imprégner est préparée (0,55 mL/g d’alumine). Cette solution est ensuite imprégnée lentement sur l’alumine avec une agitation manuelle à la spatule. Après homogénéisation, le mélange est placé dans un dessiccateur sous une atmosphère saturée en eau pour maturation pendant une nuit. L’échantillon est ensuite séché à température ambiante une journée. La pyrolyse est effectuée dans un four tubulaire à lit traversant sous flux d’azote de 50 mL/min. La température de pyrolyse choisie est atteinte avec une rampe de 5°C/min et est maintenue pendant 1 h.  Typiquement, 8 g d’alumine sont placés dans un réacteur tubulaire à flux traversant muni, en amont, d’un saturateur rempli d’éthanol et maintenu à T = 30 °C. Le système est équipé de deux vannes à trois voies permettant d’orienter la circulation du gaz selon deux circuits. La température du réacteur est portée à 600°C (rampe 10°C/min) sous flux d’azote. Après 30 min de prétraitement, la ligne de gaz est modifiée pour passer par le saturateur rempli d’éthanol avant d’entrer dans le réacteur (Figure 2.2). Après une durée de réaction choisie, le saturateur d’éthanol est « by-passé » et le réacteur est refroidi sous flux d’azote pendant la nuit. La poudre est récupérée le lendemain.

Les synthèses d’oxydes mixtes silice/alumine (Chapitre 5) sont réalisées par greffage de tétraéthylorthosilicate (TEOS) en phase liquide (Chemical Liquid Deposition, CLD) selon le protocole décrit par Caillot et al4. Dans un premier temps, 10 g d’alumine sont prétraités à 40°C sous vide secondaire (10-2 bar) pendant 4 h afin d’éliminer l’eau physisorbée à sa  surface. Après le prétraitement, le ballon est mis sous atmosphère inerte, puis 200 mL de toluène sec sont introduits en même temps qu’une quantité de TEOS variable selon les synthèses. Dans certains cas, une quantité d’eau correspondant à 4 équivalents molaires de TEOS (neau/nTEOS = 4) est introduite en même temps que le TEOS. Le mélange est porté à reflux (110°C) sous agitation pendant 4 h (toujours sous atmosphère inerte). L’excès de solvant ainsi que le TEOS n’ayant pas réagi sont éliminés par filtration puis le solide est lavé trois fois avec du toluène. Le gâteau obtenu est séché dans une étuve à 100°C pendant une nuit puis calciné à 600°C pendant 4 h.  Les catalyseurs (Chapitre 6) ont été préparés par imprégnation en phase liquide selon la méthode décrite par Rivière5. Dans un premier temps, les supports sont dispersés dans 75 mL d’une solution aqueuse de ruthénium (Ru(NO)(NO3)3). La concentration de la solution est ajustée pour que la quantité de ruthénium ajoutée corresponde à une teneur massique en  ruthénium de 3%m par rapport au support (mRu/msupport = 0,03). La solution est placée sous agitation à température ambiante pendant 4 heures puis le solvant est évacué par distillation dans un évaporateur rotatif sous vide. Le solide récupéré est placé dans une étuve à 80°C sous atmosphère inerte pendant 1 nuit et réduit à 300°C sous flux d’hydrogène pendant 2 h puis passivé dans un mélange 1%O2/N2 pendant 30 min à température ambiante. Les échantillons sont ensuite stockés dans un pilulier sous un ciel d’argon.

La résistance hydrothermale (HT) des matériaux est évaluée par un test de stabilité modèle. Typiquement, 2 g de matériau sont dispersés dans 100 mL d’eau désionisée. Cette solution est ensuite placée dans un autoclave (Top industrie) de 150 mL muni d’une pâle d’agitation mécanique. L’agitation est fixée à 500 tours/minute et le système est porté à 200°C ce qui correspond à une pression autogène de 14 bars environ. La température est maintenue pendant 10 h puis l’autoclave est refroidi par un flux d’air. L’échantillon est récupéré par centrifugation puis séché dans une étuve à 100°C pendant au minimum 4 h. On a donc quatre sources d’erreur. La source d’erreur la plus importante provient de la mesure de la concentration à l’équilibre par HPLC. Les incertitudes sur les masses (incertitudes des balances), sur les volumes (incertitudes de la verrerie) ainsi que l’incertitude sur la surface spécifique de l’alumine sont négligées. De plus, la concentration initiale étant fixée, l’incertitude sur Ci est également négligée. On peut donc simplifier l’équation sous la forme.