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    La silice poreuse protège le catalyseur au nickel

    Images de microscopie électronique à transmission de (gauche, au centre) un catalyseur nickel-silice et (à droite) un catalyseur commercial. Crédit :réimprimé de la réf. 1, Droit d'auteur 2018, avec la permission d'Elsevier

    En enveloppant des nanoparticules de nickel dans un bouclier protecteur de silice poreuse, Les chercheurs d'A*STAR ont développé un catalyseur hautement actif et robuste qui pourrait aider à produire du méthane à partir de la biomasse.

    La biomasse est une matière première potentiellement neutre en carbone pour fabriquer des carburants ou d'autres produits chimiques utiles. Grâce à un processus appelé gazéification, la biomasse est convertie en un mélange, connu sous le nom de gaz de synthèse, comprenant du monoxyde de carbone, dioxyde de carbone et hydrogène. Le gaz de synthèse peut être transformé en une gamme d'autres produits chimiques, dont le méthane, qui peut être utilisé comme carburant de transport ou gaz de ville, ou brûlé pour produire de l'électricité.

    Divers catalyseurs convertissent le gaz de synthèse en méthane. Le nickel est l'un des plus courants, en raison de sa forte activité et de son coût modéré, et il est généralement supporté sur un autre matériau tel que l'alumine ou la silice. Mais le catalyseur peut se désactiver lors de cette réaction de méthanation à haute température, soit par une accumulation de carbone appelée cokéfaction, ou par un procédé appelé frittage dans lequel les particules de catalyseur s'agglutinent. De plus, toute trace de composés soufrés dans le gaz de synthèse peut très rapidement désactiver l'activité catalytique du nickel, le gaz de synthèse doit donc subir un processus de nettoyage coûteux pour éliminer le soufre avant la méthanisation.

    Luwei Chen de l'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences et ses collègues ont maintenant intégré des nanoparticules de nickel dans de la silice poreuse, qui permet aux gaz d'accéder au catalyseur, mais évite les problèmes qui provoquent la désactivation.

    Ils ont préparé le catalyseur en mélangeant des particules d'hydroxyde de nickel avec de l'orthosilicate de tétraéthyle. Après un traitement ultérieur, ils ont activé le nickel en le faisant réagir avec de l'hydrogène à 600 degrés Celsius, formant des particules contenant environ 40 pour cent de nickel en poids. Les chercheurs ont testé leur catalyseur avec du gaz de synthèse issu d'un processus de gazéification, et avec un gaz de synthèse simulé, qui contenaient tous deux du soufre. En utilisant des techniques telles que la microscopie électronique à transmission, Diffraction des rayons X et analyse thermogravimétrique, ils ont constaté que le catalyseur subissait très peu de frittage ou de cokéfaction pendant la réaction, contrairement à un catalyseur commercial qui a été testé en utilisant les mêmes échantillons de gaz de synthèse. "La silice poreuse protège en isolant chaque particule, pour éviter le frittage, " dit Chen.

    Le catalyseur nickel-silice a également résisté aux impuretés de soufre trois fois plus longtemps que son rival commercial avant de se désactiver. L'amélioration de la résistance au soufre du catalyseur de cette manière pourrait conduire à des économies significatives dans le processus de nettoyage du gaz de synthèse. Les chercheurs collaborent maintenant avec l'IHI, une société d'ingénierie japonaise, augmenter leur synthèse du catalyseur, et le processus de méthanisation.


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