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Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article constitue une introduction à la catalyse hétérogène, présentant- les diverses étapes physiques et chimiques impliquées dans les réactions : - la diffusion des molécules de réactifs de la phase fluide vers la surface du catalyseur, leur chimisorption, la réaction superficielle, la désorption des molécules de produits et leur diffusion vers la phase fluide, ainsi que leur impact sur les équations cinétiques. Les grandes familles de catalyseurs et les méthodes utilisées pour déterminer leur activité, sélectivité et stabilité sont brièvement présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel GUISNET : Professeur des universités - Catalyse en Chimie Organique, Poitiers, France - Centre for Biological and Chemical Engineering, Lisbon, Portugal
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Ludovic PINARD : Maître de Conférences, Membre du Bureau du Groupe Français des zéolithes (GFZ) - Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers (IC2MP) - UMR CNRS 7285, Université de Poitiers, France
INTRODUCTION
Les applications diverses et variées de la catalyse hétérogène constituent une des bases de notre société technologique. Ce domaine pluridisciplinaire nécessite à la fois des connaissances sur les catalyseurs solides, allant de leur préparation à leur caractérisation (en particulier celle de leur surface) et sur les réactions : cinétique et mécanismes et leur mise en œuvre.
Cet article, qui présente de façon succincte ces divers aspects, ne peut donc constituer qu’une première approche de ce thème à la fois passionnant et économiquement essentiel qu’est la catalyse hétérogène. Ce thème est développé en détail dans une large série d’articles : catalyse acido-basique [J 1 210], catalyse redox [J 1 215] catalyse, bifonctionnelle redox-acide [J 1 217] [J 1 218], mécanismes et principales applications industrielles de la catalyse hétérogène [J 1 200] [J 1 255], désactivation et régénération des catalyseurs [J 1 265] et plus particulièrement des zéolithes [J 6 675].
Si les premiers travaux en catalyse hétérogène concernaient la décomposition de l’ammoniac sur différents métaux (1813), la réaction inverse n’a été mise au point qu’au siècle suivant par Haber (1909) puis très rapidement industrialisée par BASF (1913). Ce succès a initié de nombreux travaux de recherche conduisant à plusieurs prix Nobel :
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1912, Sabatier : hydrogénation des composés organiques en présence de métaux finement divisés ;
-
1932 Langmuir : chimie des surfaces ;
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2006 Chauvin : développement de la métathèse en synthèse organique ;
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2007 Ertl : chimie des surfaces, et menant à des applications industrielles majeures.
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1992 par Daniel CORNET
- Version archivée 2 de déc. 2004 par Michel GUISNET, Claude NACCACHE
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Présentation
Propriétés physiques des catalyseurs solides
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1. Caractéristiques générales
1.1 Qu’est-ce qu’un catalyseur ?
Un catalyseur est une substance, solide, liquide ou gaz, qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux.
Les figures 1 et 2 montrent sur deux exemples de réaction :
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la première mono moléculaire, isomérisation de A en B,
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la seconde bimoléculaire, addition de A et B conduisant à deux produits C et D,
-
que le catalyseur ouvre un chemin nouveau, plus facile que les transformations stœchiométriques (non catalytiques). En effet, les réactions catalytiques font intervenir un cycle ininterrompu d’étapes élémentaires de combinaison catalyseur-réactifs, de transformation des espèces produites et de régénération du catalyseur et l’activation nécessaire est plus faible.
Ci-dessus : Réaction de réarrangement
(exothermique)
Ci-dessus : Réaction d'addition
Cette définition appelle quelques commentaires :
Le catalyseur ne figurant pas dans l’équation stœchiométrique de la réaction qu’il accélère ne modifie pas ses caractéristiques thermodynamiques. Il ne peut donc rendre possible une réaction thermodynamiquement impossible dans les conditions choisies. Une autre conséquence importante du point de vue pratique est qu’un catalyseur de l’étape directe d’une réaction réversible est aussi catalyseur de l’étape inverse (un catalyseur d’hydrogénation catalyse aussi la déshydrogénation, etc.).
Dans les conditions opératoires choisies, le (ou les) réactif(s) peut (vent) fréquemment subir plusieurs transformations thermodynamiquement possibles.
l’isopropanol peut se déshydrater en propène ou se déshydrogéner...
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Caractéristiques générales
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GERMAIN (J.E.) - Catalyse Hétérogène. - 225 p., Dunod (1959).
-
(2) - LE PAGE (J.E.) - Catalyse de Contact. - 622 p., Technip (1978).
-
(3) - ERTL (G.), KNOZINGER (H.), WEITKAMP (J.) - Handbook of Heterogeneous Catalysis. - 5 vol., 2479 p., Wiley VCH (1977).
-
(4) - SMITH (J.M.) - Chemical Engineering Kinetics. - 612 p., McGraw Hill Book Company (1970).
-
(5) - HAW (J.F.), RICHARDSON (B.R.), OSHIRO (I.S.), LAZO (N.D.), SPEED (J.A.) - * - . – J. Am. Chem. Soc. 111, p. 2052-58 (1989).
-
(6) - GUISNET (M.) - * - . – Acc. Chem. Res. 23, p. 329-338 (1990).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Introduction à la catalyse – Mécanismes et applications industrielles.
-
Catalyse hétérogène : désactivation et régénération des catalyseurs.
-
Catalyse bifonctionnelle redox-acide – Applications en raffinage du pétrole et pétrochimie.
-
Catalyse Bifonctionnelle – Application en valorisation des alcanes légers et en chimie Fine.
-
...
NORMES
-
Standard Test Method for Testing Fluid Catalytic Cracking (FCC) Catalysts by Microactivity Test. - ASTM D3907-03 -
ANNEXES
ACS Catalysis, American Chemical Society.
Advanced Synthesis and Catalysis, Wiley-VCH.
Applied Catalysis–A : General ; B : Environmental, Elsevier.
Catalysis Communications, Elsevier.
Catalysis Letters, Springer.
Catalysis Science and Technology, Royal Society of Chemistry.
Catalysis Today, Elsevier.
ChemCatChem, Wiley-VCH.
Chemical Engineering and Technology, Wiley-VCH.
ChemSusChem, Wiley-VCH.
Green Chemistry, Royal Society of Chemistry.
Industrial Engineering Chemistry Research, American Chemical Society.
Journal of Catalysis, Elsevier.
Journal of Molecular Catalysis A : Chemical, Elsevier.
Microporous and Mesoporous Materials, Elsevier.
Topics in Catalysis, Springer.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Utilisateurs de catalyseurs
BP
Eni
IFP Énergie Nouvelles
http://www.ifpenergiesnouvelles.fr
Mobil
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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