FR2836070A1 - MESOSTRUCTURE MATERIALS INCLUDING PARTICLES OF NANOMETRIC DIMENSIONS LINKED BETWEEN THEM BY A SILICA MATRIX INTEGRATING ALUMINUM OR TITANIUM CATIONS IN TETRAEDRIC POSITION - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un matériau mésostructuré, de haute surface spécifique, comprenant des particules (p) nanométriques à base d'oxyde de cérium, d'oxyde de zirconium ou d'oxyde de titane, liées entre elles par une matrice minérale (m) à base d'une silice contenant des cations d'un métal M choisi parmi l'aluminium ou le titane. L'invention concerne également un procédé d'obtention d'un tel matériau, ainsi que les utilisations de ce type de matériau, notamment à titre de catalyseurs hétérogènes acido-basique ou redox.The present invention relates to a mesostructured material, with a high specific surface area, comprising nanometric particles (p) based on cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide, linked together by a mineral matrix (m). based on a silica containing cations of a metal M chosen from aluminum or titanium. The invention also relates to a process for obtaining such a material, as well as the uses of this type of material, in particular as heterogeneous acid-base or redox catalysts.
Description
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La présente invention concerne des matériaux mésostructurés, ou mésoporeux ordonnés, thermiquement stables, utiles notamment à titre de catalyseurs hétérogènes acido-basiques ou redox. The present invention relates to thermally stable mesostructured or mesoporous or ordered mesoporous materials, useful in particular as heterogeneous acid-base or redox catalysts.
Au sens de la présente description, un matériau dit"structuré"est un matériau possédant une structure organisée, c'est-à-dire, au sens de l'invention, une structure qui présente au moins un pic de diffusion dans un diagramme de diffusion de rayonnement obtenu lorsque ladite structure est soumise à une diffusion de rayonnements (généralement de rayons X ou de neutrons). Des exemples d'obtention de tels diagrammes de diffusion sont par exemple décrits dans Small Angle X-Rays Scattering (Glatter et KratkyAcademic Press London-1982). Le pic de diffusion observé dans le diagramme de diffusion obtenu pour un matériau structuré donné peut être associé à une distance de répétition caractéristique du matériau considéré. Within the meaning of the present description, a so-called "structured" material is a material having an organized structure, that is to say, within the meaning of the invention, a structure which has at least one diffusion peak in a flow diagram. radiation scattering obtained when said structure is subjected to radiation scattering (usually X-rays or neutrons). Examples of obtaining such diffusion diagrams are for example described in Small Angle X-Rays Scattering (Glatter and KratkyAcademic Press London-1982). The diffusion peak observed in the diffusion diagram obtained for a given structured material can be associated with a repetition distance characteristic of the material considered.
Cette distance de répétition caractéristique sera désignée dans la suite de la présente description par le terme de"période spatiale de répétition"du système structuré. This characteristic repetition distance will be designated in the remainder of this description by the term "spatial repetition period" of the structured system.
Par"matériau mésostructuré", on entend, au sens de la présente invention, un matériau structuré possédant une période spatiale de répétition comprise entre 2 et 50 nm. La structure organisée présente dans un tel matériau sera désignée ici par le terme de"mésostructure". By "mesostructured material" is meant, within the meaning of the present invention, a structured material having a spatial repetition period of between 2 and 50 nm. The organized structure present in such a material will be designated here by the term "mesostructure".
Les matériaux dits"mésoporeux ordonnés"constituent un cas particulier des matériaux mésostructurés. Il s'agit de matériaux mésoporeux, c'est-à-dire des solides présentant des pores, dits"mésopores", de diamètre moyen compris entre 2 et 50 nm, lesdits mésopores présentant de façon caractéristique un agencement spatial organisé. The so-called "ordered mesoporous" materials constitute a special case of mesostructured materials. These are mesoporous materials, that is to say solids having pores, called "mesopores", with an average diameter of between 2 and 50 nm, said mesopores typically having an organized spatial arrangement.
Le plus souvent, et en particulier dans le cas des matériaux mésoporeux ordonnés, l'existence d'une période spatiale de répétition se traduit, pour un matériau mésostructuré, par l'existence d'une distance de répétition au sein de la mésostructure, comprise entre 2 et 50 nm, cette distance étant généralement observable sur des photographies du matériau mésostructuré en microscopie électronique. Most often, and in particular in the case of ordered mesoporous materials, the existence of a spatial period of repetition results, for a mesostructured material, by the existence of a repetition distance within the mesostructure, understood between 2 and 50 nm, this distance being generally observable on photographs of the mesostructured material in electron microscopy.
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La famille des matériaux de dénomination générique"M41S", notamment décrite par Kresge et al. dans Nature, vol. 359, pp. 710-712 (1992) ou par Q. Huo et al. dans Nature, vol. 368, pp. 317-321 (1994) constitue l'exemple le plus connu de matériaux mésostructurés et mésoporeux ordonnés : il s'agit de silices ou d'aluminosilicates dont la structure est formée de canaux bi-ou tridimensionnels ordonnés selon un agencement hexagonal (MCM-41) ou cubique (MCM-48), ou encore qui possèdent une structure vésiculaire ou lamellaire (MCM-50). Bien qu'ils soient constitués d'une structure présentant des canaux et non des mésopores, les composés dits MCM-41 et MCM-48 sont souvent décrits dans la littérature comme étant des matériaux mésoporeux ordonnés. Fengxi Chen et aL, par exemple, décrivent, dans Chemicals Materials, vol. 9, No 12, p. 2685 (1997), les canaux présents au sein de ces structures comme des"mésopores bi-ou tridimensionnels". En revanche, les matériaux de structure vésiculaire ou lamellaire de type MCM-50, ne sauraient quant à eux être assimilés à des structures mésoporeuses, dans la mesure où leurs parties poreuses ne peuvent être considérées comme des mésopores. De telles structures seront donc uniquement désignées par le terme de"mésostructures"dans la suite de la description. The family of materials of generic designation "M41S", in particular described by Kresge et al. in Nature, vol. 359, pp. 710-712 (1992) or by Q. Huo et al. in Nature, vol. 368, pp. 317-321 (1994) is the best known example of ordered mesostructured and mesoporous materials: they are silicas or aluminosilicates whose structure is formed of two or three-dimensional channels ordered in a hexagonal arrangement (MCM-41 ) or cubic (MCM-48), or which have a vesicular or lamellar structure (MCM-50). Although they consist of a structure presenting channels and not mesopores, the so-called MCM-41 and MCM-48 compounds are often described in the literature as being ordered mesoporous materials. Fengxi Chen et al, for example, describe in Chemicals Materials, vol. 9, No 12, p. 2685 (1997), the channels present within these structures as "two- or three-dimensional mesopores". On the other hand, materials with a vesicular or lamellar structure of the MCM-50 type cannot be assimilated to mesoporous structures, insofar as their porous parts cannot be considered as mesopores. Such structures will therefore only be designated by the term "mesostructures" in the following description.
A titre d'exemples supplémentaires de mésostructures particulières, on peut également citer les matériaux dits"MSU", qui sont par exemple décrits par Bagshaw et al. dans Science, volume 269, pp. 1242-1244 (1995). Ces mésostructures, parfois dites"vermiculaires", sont schématiquement constituées d'un réseau tridimensionnel de canaux de diamètre sensiblement constant. As additional examples of particular mesostructures, mention may also be made of so-called "MSU" materials, which are for example described by Bagshaw et al. in Science, volume 269, pp. 1242-1244 (1995). These mesostructures, sometimes called "vermicular", are schematically made up of a three-dimensional network of channels of substantially constant diameter.
Les matériaux mésostructurés et mésoporeux ordonnés tels que les M41S sont généralement obtenus par un procédé dit de"texturation par cristaux liquides", usuellement désigné par les initiales"LCT"correspondant à l'expression anglaise"Liquid Crystal Templating". Ce procédé"LCT"consiste à former une matrice minérale telle qu'un gel de silice ou d'aluminosilicate en présence de composés amphiphiles de type tensioactifs. The ordered mesostructured and mesoporous materials such as M41S are generally obtained by a process called "texturing by liquid crystals", usually designated by the initials "LCT" corresponding to the English expression "Liquid Crystal Templating". This "LCT" process consists in forming a mineral matrix such as a silica or aluminosilicate gel in the presence of amphiphilic compounds of surfactant type.
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Le terme"texturation par cristaux liquides"vient du fait qu'on peut considérer schématiquement que la structure de cristal liquide initialement adoptée par les molécules de tensioactif imprime à la matrice minérale sa forme finale. The term "liquid crystal texturing" comes from the fact that it can be schematically considered that the liquid crystal structure initially adopted by the surfactant molecules imprints on the mineral matrix its final form.
Ainsi, on peut considérer qu'au sein de la structure cristal liquide, les précurseurs minéraux se localisent sur les parties hydrophiles des composés amphiphiles avant de se condenser entre eux, ce qui confère à la matrice minérale obtenue in fine un agencement spatial calqué sur celui du cristal liquide. Par élimination du tensioactif, notamment par traitement thermique ou entraînement par un solvant, on obtient un matériau mésostructuré ou mésoporeux ordonné, qui constitue en quelque sorte l'empreinte de la structure cristal liquide initiale. Beck et al. expliquent ainsi dans le Journal of American Chemical Society (vol. 114, p. 10834 ; 1992) la formation de la structure en nid d'abeille de MCM-41 par l'organisation initiale des molécules de tensioactif sous forme d'une phase cristal liquide hexagonale. Thus, it can be considered that within the liquid crystal structure, the mineral precursors are localized on the hydrophilic parts of the amphiphilic compounds before condensing between them, which gives the mineral matrix obtained in fine a spatial arrangement modeled on that liquid crystal. By elimination of the surfactant, in particular by heat treatment or entrainment with a solvent, an ordered mesostructured or mesoporous material is obtained, which in a way constitutes the imprint of the initial liquid crystal structure. Beck et al. thus explain in the Journal of American Chemical Society (vol. 114, p. 10834; 1992) the formation of the honeycomb structure of MCM-41 by the initial organization of the surfactant molecules in the form of a crystal phase hexagonal liquid.
Il semble cependant, comme l'ont montré Davis et al. dans Microporous Materials, vol. 2, p. 27 (1993), que le mécanisme mis en jeu est un peu plus complexe. II passerait en fait dans un premier temps par la formation d'espèces composites constituées de micelles recouvertes de précurseurs minéraux qui s'organisent, dans une seconde étape, en un réseau hexagonal, cubique ou lamellaire. Il n'en reste pas moins cependant que l'agencement final de la matrice minérale obtenue est bien régi par la forme initiale des micelles formées par les molécules amphiphiles utilisées, ce qui justifie la dénomination "LCT"et le fait qu'on emploie généralement le terme"agent texturant"pour désigner les composés amphiphiles de type tensioactif mis en oeuvre lors de ce processus. It seems, however, as Davis et al. in Microporous Materials, vol. 2, p. 27 (1993), that the mechanism involved is a little more complex. In fact, it would first pass through the formation of composite species consisting of micelles covered with mineral precursors which are organized, in a second step, into a hexagonal, cubic or lamellar network. The fact remains, however, that the final arrangement of the mineral matrix obtained is well governed by the initial shape of the micelles formed by the amphiphilic molecules used, which justifies the designation "LCT" and the fact that generally used the term "texturing agent" to denote the amphiphilic compounds of surfactant type used during this process.
Quel que soit leur mode exact d'obtention, les matériaux mésostructurés ou mésoporeux ordonnés présentent un très grand intérêt, en particulier dans le domaine de la catalyse, notamment compte tenu de leur haute surface spécifique et de leur structure ordonnée particulière. Whatever their exact method of production, ordered mesostructured or mesoporous materials are of very great interest, in particular in the field of catalysis, especially given their high specific surface and their particular ordered structure.
Toutefois, on a cherché à améliorer encore les propriétés de ces matériaux pour les rendre encore mieux adaptés à une utilisation en catalyse. However, attempts have been made to further improve the properties of these materials to make them even better suited for use in catalysis.
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Dans ce cadre, il a en particulier été récemment découvert qu'il est possible de synthétiser des matériaux mésostructurés ou mésoporeux ordonnés, selon une voie analogue au processus classique de texturation par des cristaux liquides, mais avec la présence additionnelle de particules de dimensions nanométriques dans le milieu de texturation. Ce type de procédé, décrit notamment dans la demande de brevet WO 01/32558, permet d'obtenir des mésostructures qui intègrent, au sein de leurs parois, au moins une partie des particules de dimensions nanométriques introduites dans le milieu de texturation, liées entre elles par une phase minérale (matrice liante), cette phase minérale étant généralement à base de silice, et souvent essentiellement constituée de silice. In this context, it has in particular been recently discovered that it is possible to synthesize ordered mesostructured or mesoporous materials, according to a route analogous to the conventional texturing process by liquid crystals, but with the additional presence of particles of nanometric dimensions in the texturing medium. This type of process, described in particular in patent application WO 01/32558, makes it possible to obtain mesostructures which integrate, within their walls, at least part of the particles of nanometric dimensions introduced into the texturing medium, linked between them by a mineral phase (binder matrix), this mineral phase generally being based on silica, and often essentially consisting of silica.
L'intégration de particules de dimensions nanométriques au sein des parois de la mésostructure telle qu'elle est décrite dans WO 01/32558 permet d'obtenir des matériaux mésostructurés de stabilité thermique accrue par rapport à celle, généralement faible, des mésostructures du type des M41 S. The integration of particles of nanometric dimensions within the walls of the mesostructure as described in WO 01/32558 makes it possible to obtain mesostructured materials with increased thermal stability compared to that, generally weak, of mesostructures of the type of M41 S.
En outre, en choisissant des particules nanométriques de départ adaptées, il est possible de moduler en une assez large mesure les propriétés catalytiques des matériaux thermiquement stables obtenus à l'issu d'un procédé tel que celui décrit dans WO 01/32558. Ainsi, selon l'enseignement de WO 01/32558, il est en particulier possible de synthétiser des matériaux mésostructurés dont les parois de la mésostructure intègrent des particules à base d'oxyde de cérium de zirconium ou de titane, ces matériaux spécifiques pouvant notamment être utiles à titre de catalyseurs hétérogènes redox et/ou acido-basiques. In addition, by choosing suitable starting nanometric particles, it is possible to modulate to a fairly large extent the catalytic properties of thermally stable materials obtained at the end of a process such as that described in WO 01/32558. Thus, according to the teaching of WO 01/32558, it is in particular possible to synthesize mesostructured materials whose walls of the mesostructure incorporate particles based on cerium oxide of zirconium or titanium, these specific materials being able in particular to be useful as heterogeneous redox and / or acid-base catalysts.
De façon inattendue, les inventeurs ont maintenant découvert qu'il est possible d'améliorer encore les propriétés catalytiques des matériaux mésostructurés de WO 01/32558 qui comprennent, au sein de leurs parois, des particules de dimensions nanométriques à base d'oxyde de cérium, de zirconium ou de titane, liées entre elles par une phase minérale à base de silice. Unexpectedly, the inventors have now discovered that it is possible to further improve the catalytic properties of the mesostructured materials of WO 01/32558 which comprise, within their walls, particles of nanometric dimensions based on cerium oxide. , zirconium or titanium, linked together by a mineral phase based on silica.
Plus précisément, les inventeurs ont découvert qu'en introduisant à une concentration adéquate dans les parties poreuses de la mésostructure de More specifically, the inventors have discovered that by introducing an adequate concentration into the porous parts of the mesostructure of
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ces matériaux un composé de l'aluminium ou du titane (tel qu'un sel ou alcoxyde, en particulier), puis en soumettant le solide à un traitement thermique dans des conditions de température adaptées, on observe, au sein de la phase minérale à base de silice, une intégration quantitative d'ions aluminium (respectivement de titane) en position tétraédrique, ce qui se traduit notamment par la formation quantitative de sites catalytiques particuliers qui présentent un caractère acide de Brônsted prononcé et/ou des propriétés redox particulières. these materials an aluminum or titanium compound (such as a salt or alkoxide, in particular), then by subjecting the solid to a heat treatment under suitable temperature conditions, it is observed, within the mineral phase to silica base, a quantitative integration of aluminum ions (respectively of titanium) in a tetrahedral position, which is reflected in particular by the quantitative formation of particular catalytic sites which have a pronounced Bronsted acid character and / or particular redox properties.
Compte tenu de la présence supplémentaire d'oxyde de cérium, de zirconium ou de titane, ces espèces catalytiques peuvent en outre être mises à profit pour réaliser des catalyses hétérogènes de type "multifonctionnelles", c'est-à-dire mettant en oeuvre plusieurs types de fonctionnalités acido-basiques et/ou redox. Dans ce cadre, les travaux des inventeurs ont en effet permis de mettre en évidence que, de façon inattendue, l'intégration quantitative d'aluminium ou de titane au sein de la matrice minérale à base de silice peut être réalisée sans détériorer l'activité catalytique des particules à base d'oxyde de cérium, de zirconium ou de titane. Given the additional presence of cerium, zirconium or titanium oxide, these catalytic species can also be used to produce heterogeneous catalysts of the "multifunctional" type, that is to say using several types of acid-base and / or redox functionality. In this context, the work of the inventors has indeed made it possible to highlight that, unexpectedly, the quantitative integration of aluminum or titanium within the mineral matrix based on silica can be carried out without deteriorating the activity. catalytic of particles based on cerium oxide, zirconium or titanium.
De façon particulièrement surprenante, les inventeurs ont en outre mis en évidence que, malgré le traitement thermique imposé et les modifications de structure induites lors du processus précité, il est possible d'obtenir des matériaux présentant, en plus de leurs propriétés catalytiques particulières, à la fois une haute surface spécifique et une bonne stabilité thermique. In a particularly surprising manner, the inventors have further demonstrated that, despite the imposed heat treatment and the structural modifications induced during the above-mentioned process, it is possible to obtain materials having, in addition to their particular catalytic properties, both a high specific surface and good thermal stability.
Les inventeurs ont par ailleurs mis en évidence que les propriétés catalytiques particulièrement intéressantes des matériaux obtenus peuvent encore être améliorées ou modulées, en introduisant, au sein de leur mésostructure, d'autres composés à base d'éléments métalliques, comme des sels ou des alcoxydes, à des concentrations adaptées, puis en soumettant le matériau à un traitement thermique contrôlé. Les inventeurs ont mis en évidence qu'un tel post-traitement peut notamment permettre de rendre les matériaux adaptés à titre de supports pour des espèces catalytiques (notamment d'espèces métalliques de type métaux nobles) ou bien à titre de The inventors have also demonstrated that the particularly advantageous catalytic properties of the materials obtained can be further improved or modulated, by introducing, into their mesostructure, other compounds based on metallic elements, such as salts or alkoxides. , at suitable concentrations, and then subjecting the material to a controlled heat treatment. The inventors have demonstrated that such a post-treatment can in particular make it possible to make the materials suitable as supports for catalytic species (in particular of metallic species of noble metals type) or else as
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catalyseurs hétérogènes présentant, outre un caractère acide de Brônsted et/ou redox, d'autres propriétés catalytiques spécifiques. heterogeneous catalysts having, in addition to an acid Brônsted and / or redox, other specific catalytic properties.
Sur la base de ces découvertes, la présente invention a pour but de fournir des matériaux mésostructurés présentant une surface spécifique élevée et une bonne stabilité thermique, et présentant en outre un caractère acide de Brônsted prononcé et/ou une fonctionnalité redox spécifique. On the basis of these discoveries, the present invention aims to provide mesostructured materials having a high specific surface and good thermal stability, and also having a pronounced Bronsted acid character and / or a specific redox functionality.
Un autre but de l'invention est de fournir des catalyseurs solides ou des supports pour espèces catalytiques solides, mésostructurés, à caractère acide, et/ou présentant une fonctionnalité redox. Another object of the invention is to provide solid catalysts or supports for solid, mesostructured catalytic species, of an acidic nature, and / or having a redox functionality.
L'invention a également pour but de fournir des solides utiles à titre de catalyseurs hétérogènes et présentant une double fonctionnalité catalytique, à savoir une fonctionnalité de catalyse acide de Brônsted, associée à une autre fonctionnalité catalytique, et notamment une fonctionnalité redox. The invention also aims to provide solids useful as heterogeneous catalysts and having a double catalytic functionality, namely a functionality of Brônsted acid catalysis, associated with another catalytic functionality, and in particular a redox functionality.
Ainsi, selon un premier aspect, la présente invention a pour objet des matériaux mésostructurés, de surface spécifique BET supérieure ou égale à 400 m2 par cm3, comprenant des particules (p) de dimensions nanométriques à base d'un oxyde métallique choisi parmi un oxyde de cérium, un oxyde de zirconium ou un oxyde de titane, lesdites particules (p) étant liées entre elles par une matrice minérale (m), ladite matrice étant à base d'une silice contenant des cations d'un métal M choisi parmi l'aluminium ou le titane, au moins une partie de ces cations étant intégrés en position tétraédrique au sein de ladite silice, et dans lesquels : (i) la quantité de métal M présent à l'état de cations en position tétraédrique au sein de la silice représente au moins 10% en mole de la quantité totale d'élément métallique M présent dans le matériau, cette quantité totale d'élément métallique M présent dans le matériau étant elle-même telle que le ratio molaire global M/Si au sein du matériau est supérieur ou égal à 5% ; Thus, according to a first aspect, the present invention relates to mesostructured materials, with BET specific surface greater than or equal to 400 m2 per cm3, comprising particles (p) of nanometric dimensions based on a metal oxide chosen from an oxide of cerium, a zirconium oxide or a titanium oxide, said particles (p) being linked to one another by an inorganic matrix (m), said matrix being based on a silica containing cations of a metal M chosen from l aluminum or titanium, at least part of these cations being integrated in a tetrahedral position within said silica, and in which: (i) the amount of metal M present in the state of cations in a tetrahedral position within silica represents at least 10 mol% of the total amount of metallic element M present in the material, this total amount of metallic element M present in the material itself being such that the molar ratio overall M / Si within the material is greater than or equal to 5%;
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(ii) les cations du métal M présents au sein de la silice sont répartis dans la matrice minérale (m) avec un gradient de concentration décroissant de la surface vers le coeur ; et (iii) les particules (p) présentes au sein du matériau possèdent une surface partiellement accessible. (ii) the metal cations M present in the silica are distributed in the mineral matrix (m) with a decreasing concentration gradient from the surface to the core; and (iii) the particles (p) present in the material have a partially accessible surface.
Le terme de"surface spécifique BET", au sens où il est employé dans la présente description, désigne la surface spécifique d'un matériau telle que déterminée selon la méthode"Brunauer-Emmet-Teller"décrite dans the Journal of the American Chemical Society, vol. 60, page 309 (février 1938). Les matériaux mésostructurés de l'invention présente de façon caractéristique une surface spécifique BET relativement élevée, à savoir généralement comprise entre 400 et 2300 m2 par cm3 de matériau, cette surface spécifique BET étant de préférence au moins égale à 600 m2 par cm3 de matériau, avantageusement au moins égale à 1000 m2 par cm3 de matériau et encore plus préférentiellement au moins égale à 1500 m2 par cm3 de matériau. Exprimée en unité de surface par unité de masse, cette surface spécifique BET est, en règle générale, comprise entre 100 et 600 m2/g, de préférence au moins égale à 150 m2/g et plus avantageusement au moins égale à 200 m2/g. The term "BET specific surface", as used in the present description, designates the specific surface of a material as determined according to the "Brunauer-Emmet-Teller" method described in the Journal of the American Chemical Society , flight. 60, page 309 (February 1938). The mesostructured materials of the invention typically have a relatively high BET specific surface, namely generally between 400 and 2300 m2 per cm3 of material, this BET specific surface is preferably at least equal to 600 m2 per cm3 of material, advantageously at least equal to 1000 m2 per cm3 of material and even more preferably at least equal to 1500 m2 per cm3 of material. Expressed in unit area per unit mass, this BET specific surface area is, as a general rule, between 100 and 600 m2 / g, preferably at least equal to 150 m2 / g and more advantageously at least equal to 200 m2 / g .
Par"cations du métal M intégrés en position tétraédrique au sein d'une silice", on entend, au sens de la présente invention, des cations aluminium et/ou titane en coordinence 4 au sein d'une phase silice, à savoir intégrés dans des tétraèdres de type M04, avec des atomes d'oxygène comme plus proches voisins, les tétraèdres M04 pouvant schématiquement être considérés comme des analogues des tétraèdres Si04 présents par ailleurs dans la silice, et où le silicium est substitué par le métal M. Ces cations métalliques intégrés en position tétraédrique au sein de la silice de la matrice minérale (m) représentent avantageusement au moins 15 %, et de préférence au moins 20 % de la quantité totale d'élément métallique M présent dans le matériau. De préférence, cette quantité totale d'élément métallique M présent dans un matériau selon l'invention est telle que le ratio molaire global M/Si au By “metal cations M integrated in a tetrahedral position within a silica” is meant, within the meaning of the present invention, aluminum and / or titanium cations in 4-coordination within a silica phase, namely integrated in tetrahedra of type M04, with oxygen atoms as nearest neighbors, the tetrahedra M04 can schematically be considered as analogues of the tetrahedra Si04 present elsewhere in silica, and where the silicon is substituted by the metal M. These cations metallic metals integrated in a tetrahedral position within the silica of the mineral matrix (m) advantageously represent at least 15%, and preferably at least 20% of the total amount of metallic element M present in the material. Preferably, this total quantity of metallic element M present in a material according to the invention is such that the overall molar ratio M / Si at
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sein du matériau est supérieur ou égal à 10%, ce ratio étant avantageusement au moins égal à 15%. within the material is greater than or equal to 10%, this ratio advantageously being at least equal to 15%.
La matrice minérale (m) du matériau mésostructuré de la présente invention, qui lie entre elles les particules (p), constitue une phase amorphe à partiellement cristalline. Cette matrice (m) est au moins partiellement constituée d'une silice intégrant des cations du métal M en position tétraédrique telle que définie ci dessus, et elle est le plus souvent constituée majoritairement par une telle silice, c'est à dire que la matrice minérale (m) est généralement constituée à au moins 60 % en masse, et de préférence à au moins 70 % en masse par de la silice. The mineral matrix (m) of the mesostructured material of the present invention, which binds the particles (p) together, constitutes an amorphous to partially crystalline phase. This matrix (m) is at least partially made up of a silica integrating cations of the metal M in a tetrahedral position as defined above, and it is most often made up mainly of such silica, that is to say that the matrix mineral (m) is generally made up of at least 60% by mass, and preferably at least 70% by mass, of silica.
De façon caractéristique, dans les matériaux de la présente invention, les cations du métal M qui sont présents au sein de la matrice (m) sont repartis au sein de ladite matrice avec un gradient de concentration décroissant de la surface vers le coeur, et ces cations sont ainsi majoritairement localisés à la surface de la matrice, c'est-à-dire à proximité des zones poreuses de la mésostructure. Dans ce cadre, on préfère qu'au moins 50 %, de préférence au moins 60 %, de cations du métal M qui sont intégrés au sein de la matrice (m) soient localisés dans les zones situées à moins de 2 nm sous le niveau de la surface. Les cations spécifiquement présents en position tétraédrique présentent généralement le même type de répartition au sein de la matrice (m), avec un gradient de concentration décroissant de la surface vers le coeur. A ce sujet, il est préférable que ces espèces tétraédriques soient présentes en quantité importante à la surface du matériau. De façon plus générale, il est avantageux qu'au moins 10 % des espèces cations M en position tétraédrique au sein de la matrice (m) (de préférence au moins 20 % de ces espèces, avantageusement au moins 30 % de ces espèces, et encore plus avantageusement au moins 40 % de ces espèces, voire au moins 50 % de ces espèces) soit accessible, ce qui confère au matériau de l'invention un caractère acide effectif et/ou des propriétés redox suffisamment marquées, utiles notamment dans des applications en catalyse. Characteristically, in the materials of the present invention, the metal cations M which are present within the matrix (m) are distributed within said matrix with a decreasing concentration gradient from the surface to the core, and these cations are thus mainly located on the surface of the matrix, that is to say near the porous zones of the mesostructure. In this context, it is preferred that at least 50%, preferably at least 60%, of metal cations M which are integrated within the matrix (m) are located in the zones located less than 2 nm below the level from the surface. The cations specifically present in the tetrahedral position generally have the same type of distribution within the matrix (m), with a decreasing concentration gradient from the surface to the core. In this regard, it is preferable that these tetrahedral species are present in large quantities on the surface of the material. More generally, it is advantageous for at least 10% of the cation species M in a tetrahedral position within the matrix (m) (preferably at least 20% of these species, advantageously at least 30% of these species, and even more advantageously at least 40% of these species, or even at least 50% of these species) is accessible, which gives the material of the invention an effective acid character and / or sufficiently marked redox properties, useful in particular in applications in catalysis.
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Selon une première variante, les matériaux de l'invention comprennent de façon spécifique des cations aluminium en position tétraédrique au sein de la silice de leur matrice minérale (m), en association ou non avec des cations titane. According to a first variant, the materials of the invention specifically comprise aluminum cations in a tetrahedral position within the silica of their mineral matrix (m), in combination or not with titanium cations.
La présence spécifique des cations aluminium en position tétraédrique au sein de la matrice minérale (m) peut alors être mise en évidence notamment en soumettant lesdits matériaux à une analyse de résonance magnétique nucléaire (RMN) de l'aluminium (27AI). La présence de cations aluminium en position tétraédrique se traduit alors sur le spectre obtenu par l'apparition d'un pic à un déplacement chimique aux alentours de 50 ppm. The specific presence of aluminum cations in a tetrahedral position within the mineral matrix (m) can then be demonstrated in particular by subjecting said materials to an analysis of nuclear magnetic resonance (NMR) of aluminum (27AI). The presence of aluminum cations in a tetrahedral position is then reflected on the spectrum obtained by the appearance of a peak at a chemical displacement around 50 ppm.
Une analyse par RMN de 27AI sur un matériau selon l'invention permet en outre de mettre en évidence la présence éventuelle d'autres types de cations aluminium. Ainsi, sur le spectre RMN 27 AI d'un matériau selon l'invention présentant des cations aluminium en position tétraédrique au sein de la silice de sa matrice minérale, on observe généralement d'autres pics que le pic à 50 ppm, à savoir, le plus souvent, un pic aux alentours de 25 ppm, correspondant à des cations aluminium dits"à environnement pentaédrique", et un pic aux alentours de 0 ppm, correspondant à des cations aluminium dits"à environnement octaédrique". An NMR analysis of 27 AI on a material according to the invention also makes it possible to highlight the possible presence of other types of aluminum cations. Thus, on the NMR 27 AI spectrum of a material according to the invention having aluminum cations in a tetrahedral position within the silica of its mineral matrix, we generally observe other peaks than the peak at 50 ppm, namely, most often, a peak around 25 ppm, corresponding to so-called aluminum cations "with pentahedral environment", and a peak around 0 ppm, corresponding to so-called aluminum cations "with octahedral environment".
En général, lorsque les matériaux de l'invention comprennent l'élément aluminium, cet élément est présent sous forme de cations répartis dans les trois populations de cations à environnements tétraédrique, pentaédrique ou octaédrique précités. Dans un matériau selon l'invention intégrant des cations aluminium en position tétraédrique, le ratio molaire de la quantité de cations aluminium en position tétraédrique rapporté à la quantité totale de cations aluminium présents au sein du matériau est le plus souvent au moins égal à 20% en mole. De préférence ce ratio est au moins de 25% en mole, et il est avantageusement supérieur ou égal à 30% en mole, ce ratio pouvant atteindre dans certains cas des valeurs supérieures ou égales à 35%. In general, when the materials of the invention comprise the aluminum element, this element is present in the form of cations distributed in the three populations of cations with tetrahedral, pentahedral or octahedral environments mentioned above. In a material according to the invention incorporating aluminum cations in the tetrahedral position, the molar ratio of the quantity of aluminum cations in the tetrahedral position relative to the total quantity of aluminum cations present in the material is most often at least equal to 20% in mole. Preferably, this ratio is at least 25% by mole, and it is advantageously greater than or equal to 30% by mole, this ratio possibly reaching in certain cases values greater than or equal to 35%.
Ce ratio reste le plus souvent inférieur ou égal à 80 %. This ratio most often remains less than or equal to 80%.
Au sein d'un matériau selon l'invention comprenant des cations aluminium en position tétraédrique au sein de sa matrice minérale (m), le ratio Within a material according to the invention comprising aluminum cations in a tetrahedral position within its mineral matrix (m), the ratio
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molaire AI/Si de la quantité totale d'aluminium présent rapportée à la quantité totale de silicium présent est généralement compris entre 5% et 50 %. De préférence, ce ratio est supérieur à 10 %, et plus avantageusement supérieur à 15 %. AI / Si molar of the total amount of aluminum present compared to the total amount of silicon present is generally between 5% and 50%. Preferably, this ratio is greater than 10%, and more advantageously greater than 15%.
Selon une autre variante, les matériaux de l'invention peuvent spécifiquement comprendre des cations titane en position tétraédrique au sein de la silice de leur matrice minérale (m), éventuellement en association avec des cations aluminium. La présence supplémentaire d'aluminium à titre de cation dopant est généralement indiquée lorsque les particules (p) sont à base d'oxyde de titane. Dans le cas où un matériau selon l'invention comprend uniquement des cations titane au sein de sa matrice (m), à l'exclusion de cations aluminium, les particules (p) sont le plus souvent des particules qui ne sont pas uniquement à base d'oxyde de titane. According to another variant, the materials of the invention can specifically comprise titanium cations in a tetrahedral position within the silica of their mineral matrix (m), possibly in combination with aluminum cations. The additional presence of aluminum as a doping cation is generally indicated when the particles (p) are based on titanium oxide. In the case where a material according to the invention comprises only titanium cations within its matrix (m), excluding aluminum cations, the particles (p) are most often particles which are not solely based titanium oxide.
La présence, au sein d'un matériau selon l'invention, de cations titane en position tétraédrique peut notamment être mise en évidence par une analyse du matériau par spectroabsorption de rayons X (spectrométrie dite EXAFS). The presence, within a material according to the invention, of titanium cations in a tetrahedral position can in particular be demonstrated by an analysis of the material by X-ray spectroabsorption (spectrometry known as EXAFS).
Dans les matériaux de l'invention qui comprennent l'élément titane, le titane est en général présent sous forme de cations dont seule une partie se retrouve intégrée sous forme tétraédrique au sein de la silice de la matrice (m). Le plus souvent, le ratio molaire de la quantité de cations titane en position tétraédrique rapporté à la quantité totale de cations titane présents au sein du matériau est supérieur ou égal à 10% en mole, ce ratio étant de préférence au moins de 15% en mole. Dans un matériau selon l'invention, ce ratio reste en règle générale inférieur ou égal à 80 %. In the materials of the invention which comprise the titanium element, the titanium is generally present in the form of cations of which only a part is found integrated in tetrahedral form within the silica of the matrix (m). Most often, the molar ratio of the quantity of titanium cations in the tetrahedral position relative to the total quantity of titanium cations present in the material is greater than or equal to 10% by mole, this ratio preferably being at least 15% in mole. In a material according to the invention, this ratio generally remains less than or equal to 80%.
Au sein d'un matériau selon l'invention comprenant des cations titane en position tétraédrique au sein de sa matrice minérale (m), le ratio molaire Ti/Si de la quantité totale de titane présent rapportée à la quantité totale de silicium présent est généralement compris entre 5% et 80 %. De préférence, ce ratio est supérieur à 10 %. Within a material according to the invention comprising titanium cations in a tetrahedral position within its mineral matrix (m), the Ti / Si molar ratio of the total amount of titanium present compared to the total amount of silicon present is generally between 5% and 80%. Preferably, this ratio is greater than 10%.
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Il est en général avantageux qu'un matériau selon l'invention comprenne, en position tétraédrique au sein de la silice de la matrice (m), à la fois des cations aluminium et des cations titane. En effet, les inventeurs ont constaté que, dans la plupart des cas, la présence combinée des deux types de cations au sein de la matrice (m) se traduit par une amélioration de la stabilité thermique de la mésostructure. It is generally advantageous for a material according to the invention to comprise, in a tetrahedral position within the silica of the matrix (m), both aluminum cations and titanium cations. Indeed, the inventors have found that, in most cases, the combined presence of the two types of cations within the matrix (m) results in an improvement in the thermal stability of the mesostructure.
A ce propos, il est à souligner que, dans le cas le plus général, on préfère que le matériau mésostructuré de l'invention, destiné en général à une utilisation en catalyse, soit thermiquement stable. Ainsi, on préfère qu'un matériau selon l'invention conserve un caractère mésostructuré lorsqu'il est soumis à un traitement thermique à une température de 4000C pendant une durée de 6 heures, ce qui est généralement le cas. De préférence, le matériau selon l'invention conserve ce caractère mésostructuré même lorsqu'il est soumis, pendant la même durée, à une température de 5000C, et de préférence à une température supérieure, pouvant avantageusement aller jusqu'à 6000C, voire jusqu'à 7000C, et même, dans certains cas particuliers, jusqu'à 800 C, et encore plus préférentiellement jusqu'à 9000C. In this regard, it should be emphasized that, in the most general case, it is preferred that the mesostructured material of the invention, intended in general for use in catalysis, is thermally stable. Thus, it is preferred that a material according to the invention retains a mesostructured character when it is subjected to a heat treatment at a temperature of 4000C for a period of 6 hours, which is generally the case. Preferably, the material according to the invention retains this mesostructured character even when it is subjected, for the same duration, to a temperature of 5000C, and preferably to a higher temperature, which can advantageously go up to 6000C, or even up to at 7000C, and even, in certain particular cases, up to 800 C, and even more preferably up to 9000C.
En ce qui concerne la stabilité thermique des matériaux de l'invention, il est à rappeler que, dans le cas le plus général, l'exposition de matériaux mésostructurés à des températures élevées mène généralement à une fragilisation de ces matériaux, notamment du fait de la diminution de l'épaisseur des parois de leur mésostructure, ce qui peut mener à un effondrement de ladite structure. La présente invention permet, de façon surprenante de fournir des composés très stables en température. With regard to the thermal stability of the materials of the invention, it should be remembered that, in the most general case, the exposure of mesostructured materials to high temperatures generally leads to embrittlement of these materials, in particular due to reducing the thickness of the walls of their mesostructure, which can lead to a collapse of said structure. The present invention surprisingly provides compounds which are very stable in temperature.
En général, lorsqu'on soumet le matériau à un traitement thermique de 6 heures aux températures précitées, on observe, en plus de la conservation du caractère mésostructuré, une relativement bon maintien de la surface spécifique, c'est-à-dire que, suite à ce type de traitement thermique, la surface spécifique BET dudit matériau ne varie en général pas d'un facteur excédant 60 %, ce facteur restant de préférence inférieur ou égal à 50 %, avantageusement inférieur ou égal à 40 %, et encore plus préférentiellement inférieur à 30 %. Le facteur de variation de la surface BET auquel il est fait In general, when the material is subjected to a 6 hour heat treatment at the aforementioned temperatures, in addition to the preservation of the mesostructured character, a relatively good maintenance of the specific surface is observed, that is to say, following this type of heat treatment, the BET specific surface of said material does not generally vary by a factor exceeding 60%, this factor preferably remaining less than or equal to 50%, advantageously less than or equal to 40%, and even more preferably less than 30%. The variation factor of the BET surface to which it is made
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référence est calculé par le ratio (Si-Sf)/ (Si), où"Si"désigne la surface spécifique BET mesurée avant traitement thermique ; et où"Sf'désigne la surface spécifique BET mesurée après le traitement thermique. Un matériau selon l'invention est généralement tel que, si on le traite à 400 C pendant 6 heures, puis qu'on le traite à nouveau pendant 6 heures à une température T de 500 C, la surface spécifique S400 mesurée après le traitement thermique à 400 C et la surface spécifique ST mesurée après le traitement thermique à 5000C sont telles que le ratio (S400-ST)/S400 est inférieur ou égal à 60 %, de préférence inférieur ou égale à 50 %, et avantageusement inférieur ou égal à 40 %. De préférence, ce ratio reste inférieur aux valeurs précitées si on conduit le second traitement thermique à une température T de 600 C, de préférence même lorsque T = 700 C, avantageusement même lorsque T = 800 C, voire lorsque T = 900 C. reference is calculated by the ratio (Si-Sf) / (Si), where "Si" denotes the BET specific surface area measured before heat treatment; and where "Sf" denotes the BET specific surface area measured after the heat treatment. A material according to the invention is generally such that, if it is treated at 400 ° C. for 6 hours, then it is treated again for 6 hours at a temperature T of 500 C, the specific surface S400 measured after the heat treatment at 400 C and the specific surface ST measured after the heat treatment at 5000C are such that the ratio (S400-ST) / S400 is less than or equal to 60% , preferably less than or equal to 50%, and advantageously less than or equal to 40% Preferably, this ratio remains lower than the above values if the second heat treatment is carried out at a temperature T of 600 C, preferably even when T = 700 C, advantageously even when T = 800 C, even when T = 900 C.
Parallèlement, on constate le plus souvent que la répartition poreuse du matériau, déterminée par la méthode BET, est sensiblement la même avant et après un traitement thermique de 6 heures aux températures précitées. In parallel, it is most often found that the porous distribution of the material, determined by the BET method, is substantially the same before and after a heat treatment of 6 hours at the aforementioned temperatures.
Le plus souvent, un matériau selon l'invention est tel que, suite à un traitement thermique de 6 heures à 400 C, sa surface spécifique BET reste au moins égale à 900 m2 par cm3 de matériau, cette surface spécifique BET étant typiquement comprise entre 1000 et 2300 m2 par cm3 de matériau (et le plus souvent, entre 200 et 400 m2/g), cette surface spécifique étant avantageusement au moins égale à 1200 m2 par cm3 de matériau. Most often, a material according to the invention is such that, following a heat treatment for 6 hours at 400 ° C., its BET specific surface remains at least equal to 900 m2 per cm 3 of material, this BET specific surface typically being between 1000 and 2300 m2 per cm3 of material (and most often, between 200 and 400 m2 / g), this specific surface is advantageously at least equal to 1200 m2 per cm3 of material.
Par ailleurs, si on soumet un matériau selon l'invention à un traitement thermique de 6 heures à 800 C, sa surface spécifique BET reste en général au moins égale à 400 m2 par cm3 de matériau, cette surface spécifique BET restant de préférence au moins égale à 750 m2 par cm3. Furthermore, if a material according to the invention is subjected to a heat treatment for 6 hours at 800 ° C., its BET specific surface generally remains at least equal to 400 m2 per cm 3 of material, this BET specific surface preferably remaining at least equal to 750 m2 per cm3.
Avantageusement, les matériaux mésostructurés de la présente invention sont des solides présentant, au moins à un niveau local, une ou plusieurs mésostructure (s) choisie (s) parmi : Advantageously, the mesostructured materials of the present invention are solids having, at least at a local level, one or more mesostructure (s) chosen from:
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- les mésostructures mésoporeuses de symétrie hexagonale tridimensionnelle P63/mmc, de symétrie hexagonale bidimensionnelle P6mm, de symétrie cubique tridimensionnelle la3d, Im3m ou Pn3m ; ou - les mésostructures de type vésiculaires ou lamellaires ; ou - les mésostructures de type vermiculaires. - mesoporous mesostructures of three-dimensional hexagonal symmetry P63 / mmc, two-dimensional hexagonal symmetry P6mm, three-dimensional cubic symmetry la3d, Im3m or Pn3m; or - mesostructures of the vesicular or lamellar type; or - vermicular type mesostructures.
En ce qui concerne la définition de ces différentes symétries et structures, on pourra se référer par exemple aux articles de Chemical Materials, vol. 9, No 12, pp. 2685-2686 (1997), de Nature, vol. 398, pp. 223-226 (1999), ou de Science, vol. 269, pp. 1242-1244 (1995). With regard to the definition of these different symmetries and structures, reference may be made, for example, to the articles in Chemical Materials, vol. 9, No 12, pp. 2685-2686 (1997), of Nature, vol. 398, pp. 223-226 (1999), or Science, vol. 269, pp. 1242-1244 (1995).
Les particules (p)"de dimensions nanométriques"qui sont présentes au sein des matériaux de l'invention sont, de façon caractéristique, des particules à base d'oxyde de cérium, d'oxyde de zirconium ou d'oxyde de titane. De préférence, les particules (p) comprennent un des ces trois oxydes à titre de constituant majoritaire, c'est-à-dire que la masse de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de cérium ou de l'oxyde de titane représente au moins 50% de la masse totale des particules (p), les particules (p) étant avantageusement des particules essentiellement à base d'oxyde de cérium, essentiellement à base d'oxyde de zirconium, ou essentiellement à base d'oxyde de titane. Selon un mode spécifique, les particules (p) peuvent comprendre en mélange au moins deux des oxydes choisis parmi l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium et l'oxyde de titane. Ainsi, il peut notamment s'agir d'un mélange de particules à base d'oxyde de zirconium et de particules à base d'oxyde de cérium, d'un mélange de particules à base d'oxyde de titane et de particules à base d'oxyde de cérium, d'un mélange de particules à base d'oxyde de titane et de particules à base d'oxyde de zirconium ou encore un mélange de ces trois types de particules. The particles (p) "of nanometric dimensions" which are present in the materials of the invention are, typically, particles based on cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide. Preferably, the particles (p) comprise one of these three oxides as the majority constituent, that is to say that the mass of zirconium oxide, cerium oxide or titanium oxide represents at least 50% of the total mass of the particles (p), the particles (p) advantageously being particles essentially based on cerium oxide, essentially based on zirconium oxide, or essentially based on titanium. According to a specific mode, the particles (p) can comprise, as a mixture, at least two of the oxides chosen from cerium oxide, zirconium oxide and titanium oxide. Thus, it can in particular be a mixture of particles based on zirconium oxide and particles based on cerium oxide, a mixture of particles based on titanium oxide and particles based cerium oxide, a mixture of particles based on titanium oxide and particles based on zirconium oxide or a mixture of these three types of particles.
De préférence, les particules (p) présentes dans la matrice (m) sont des particules de morphologie sphérique ou isotrope, dont au moins 50% de la population possède un diamètre moyen compris entre 1 et 10 nm, Preferably, the particles (p) present in the matrix (m) are particles of spherical or isotropic morphology, of which at least 50% of the population has an average diameter of between 1 and 10 nm,
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avantageusement inférieur à 6 nm, avec une répartition granulométrique de ces particules avantageusement monodisperse. advantageously less than 6 nm, with a particle size distribution of these advantageously monodisperse particles.
Il est à souligner que la matrice minérale (m) présente dans les matériaux de l'invention joue un rôle caractéristique de liant entre les particules de dimensions nanométriques (p). Ainsi, les particules (p) sont spécifiquement localisées au sein de cette phase liante (m), c'est à dire au sein des parois de la structure mésoporeuse. Il est donc à souligner que les matériaux selon l'invention sont en particulier à distinguer de matériaux mésoporeux incluant des particules dans l'espace interne de leurs pores. It should be emphasized that the mineral matrix (m) present in the materials of the invention plays a characteristic role of binder between the particles of nanometric dimensions (p). Thus, the particles (p) are specifically located within this binding phase (m), that is to say within the walls of the mesoporous structure. It should therefore be emphasized that the materials according to the invention are in particular to be distinguished from mesoporous materials including particles in the internal space of their pores.
Par ailleurs, de façon caractéristique, dans les matériaux de l'invention, une partie au moins des particules (p) intégrées dans la phase minérale liante est en contact avec les parties poreuses constituant l'espace interne accessible du matériau. De ce fait, le matériau selon l'invention est notamment un matériau où la phase minérale joue un rôle effectif de liant interarticulaire, mais où ladite matrice (m) ne recouvre pas totalement les particules de dimensions nanométriques qu'elle contient. Furthermore, typically, in the materials of the invention, at least part of the particles (p) integrated in the binder mineral phase is in contact with the porous parts constituting the accessible internal space of the material. Therefore, the material according to the invention is in particular a material where the mineral phase plays an effective role of interarticular binder, but where said matrix (m) does not completely cover the particles of nanometric dimensions which it contains.
Il est toutefois important de bien considérer le rôle primordial de consolidation inter-particulaire de la phase minérale. En effet, de façon à favoriser la formation d'une structure où les particules sont partiellement mises à nu, on serait tenté a priori de diminuer fortement le rapport molaire matrice minérale liante (m)/particules (p). Or, il apparaît que la stabilité de la structure n'est généralement pas assurée lorsque le rapport molaire (m)/ (p) (à savoir, en général, le ratio molaire Si02/ (Ce02+Zr02+Ti02) au sein du matériau, c'est-àdire, le plus souvent, le ratio molaire Si/ (Ce+Zr+Ti)) se situe en deçà de la proportion de 20 : 80. Le rapport molaire Si02/ (Ce02+Zr02+Ti02) au sein du matériau de l'invention est de ce fait généralement compris entre 20 : 80 et 99,5 : 0,5, et il est avantageusement compris entre 40 : 60 et 95 : 5. De façon encore plus préférée, ce rapport molaire est compris entre 40 : 60 et 92 : 8. It is however important to carefully consider the primordial role of inter-particle consolidation of the mineral phase. Indeed, in order to favor the formation of a structure where the particles are partially exposed, one would be tempted a priori to strongly reduce the molar ratio of the mineral binding matrix (m) / particles (p). However, it appears that the stability of the structure is generally not ensured when the molar ratio (m) / (p) (namely, in general, the molar ratio Si02 / (Ce02 + Zr02 + Ti02) within the material , that is to say, most often, the Si / (Ce + Zr + Ti) molar ratio is below the proportion of 20:80. The Si02 / (Ce02 + Zr02 + Ti02) molar ratio within of the material of the invention is therefore generally between 20: 80 and 99.5: 0.5, and it is advantageously between 40: 60 and 95: 5. Even more preferably, this molar ratio is understood between 40: 60 and 92: 8.
De façon caractéristique, dans un matériau selon l'invention, les particules (p) à base d'oxyde qui sont liées entre elles par la matrice (m) sont des particules dont au moins une partie de la surface est accessible. On entend Typically, in a material according to the invention, the oxide-based particles (p) which are linked together by the matrix (m) are particles from which at least part of the surface is accessible. We hear
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par là qu'au sein d'un matériau selon l'invention, certaines des particules (p) (de préférence au moins 20%, et avantageusement au moins 40%, voire au moins 50% de ces particules) ont une partie de leur surface en contact direct avec l'espace poreux de la mésostructure, de façon à ce que leur oxyde constitutif (oxyde de cérium, de zirconium ou de titane) puisse réagir avec des espèces chimiques réactives (molécules (notamment sous forme de gaz ou en solution), ions, radicaux...) de taille suffisamment faible pour pénétrer à l'intérieur de la mésostructure du matériau. thereby that within a material according to the invention, some of the particles (p) (preferably at least 20%, and advantageously at least 40%, or even at least 50% of these particles) have a part of their surface in direct contact with the porous space of the mesostructure, so that their constituent oxide (cerium, zirconium or titanium oxide) can react with reactive chemical species (molecules (especially in the form of gas or in solution) ), ions, radicals ...) of sufficiently small size to penetrate inside the mesostructure of the material.
Ainsi, il est notamment à souligner que, dans un matériau selon l'invention, les particules (p) ne peuvent pas toutes être continûment recouvertes par une couche d'un ou plusieurs matériaux autres qu l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium et/ou l'oxyde de titane. De ce fait, il est en particulier exclu que les particules (p) soient toutes complètement encapsulées par la matrice (m), et il est préférable, de façon générale, que les surfaces libres des particules (p), c'est-à-dire les surfaces qui ne sont pas en contact avec la matrice (m), ne soient pas recouvertes par une couche d'un ou plusieurs matériaux autres que l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium ou l'oxyde de titane, ou alors uniquement de façon partielle, et de préférence de façon discontinue le cas échéant. En tout état de cause, une couverture continue des surfaces libres de particules (p) par une couche d'un ou plusieurs matériaux autres que l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium ou l'oxyde de titane est proscrite. Thus, it should in particular be emphasized that, in a material according to the invention, the particles (p) cannot all be continuously covered by a layer of one or more materials other than cerium oxide, zirconium and / or titanium oxide. Therefore, it is in particular excluded that the particles (p) are all completely encapsulated by the matrix (m), and it is preferable, in general, that the free surfaces of the particles (p), i.e. -to say the surfaces which are not in contact with the matrix (m), are not covered by a layer of one or more materials other than cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide, or then only partially, and preferably discontinuously if necessary. In any event, continuous covering of the particle-free surfaces (p) with a layer of one or more materials other than cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide is prohibited.
Lorsque les particules (p) sont à base d'oxyde de cérium, le caractère accessible desdites particules (p) peut notamment être mis en évidence par le fait que les matériaux présentent un caractère réductible, c'est à dire qu'ils présentent une capacité à se réduire en atmosphère réductrice (notamment en présence d'hydrogène) et à se réoxyder en atmosphère oxydante. When the particles (p) are based on cerium oxide, the accessible nature of said particles (p) can in particular be demonstrated by the fact that the materials have a reducible character, that is to say that they have a ability to reduce in a reducing atmosphere (especially in the presence of hydrogen) and to reoxidize in an oxidizing atmosphere.
De façon plus précise, cette "réductibilité" d'un matériau selon l'invention peut être mise en évidence en traitant le matériau par de l'hydrogène et en analysant le taux de conversion du cérium à l'état d'oxydation IV More precisely, this "reducibility" of a material according to the invention can be demonstrated by treating the material with hydrogen and by analyzing the conversion rate of cerium in the oxidation state IV
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initialement présent, en cérium à l'état d'oxydation i ! dans le matériau obtenu après le traitement, selon la réaction globale ci-dessous :
2Ce02 + H2 Ce203+H2O
Le caractère réductible d'un matériau selon l'invention intégrant des particules (p) à base d'oxyde de cérium peut ainsi notamment être quantifié par le taux de conversion mesuré à l'issu d'un selon le protocole dit"TPR", exposé ci-dessous : - Dans un appareil de type AMI-1 Altamira muni d'un réacteur en silice, on place à température ambiante (généralement entre 15 C et 25 C) un échantillon de 100 mg du solide à tester, sous un flux gazeux d'un mélange hydrogène/argon à 10% d'hydrogène en volume, à un débit de
30 mL par minute. initially present, in cerium in the oxidation state i! in the material obtained after treatment, according to the overall reaction below:
2Ce02 + H2 Ce203 + H2O
The reducible nature of a material according to the invention incorporating particles (p) based on cerium oxide can thus in particular be quantified by the conversion rate measured at the end of one according to the so-called "TPR" protocol, set out below: - In an AMI-1 Altamira type device fitted with a silica reactor, a 100 mg sample of the solid to be tested is placed at ambient temperature (generally between 15 ° C. and 25 ° C.) under a flow gaseous mixture of hydrogen / argon at 10% hydrogen by volume, at a flow rate of
30 mL per minute.
- On effectue une montée en température jusqu'à 900 C à raison d'un gradient constant de montée en température de 10 C par minute. A l'aide d'un détecteur de conductivité thermique à 70mA, on détermine la quantité d'hydrogène captée par le matériau à partir de la surface manquante du signal d'hydrogène de la ligne de base à la température ambiante à la ligne de base à 900 C. - A temperature rise is carried out up to 900 ° C. at the rate of a constant temperature rise gradient of 10 ° C. per minute. Using a thermal conductivity detector at 70mA, the quantity of hydrogen captured by the material is determined from the missing surface of the hydrogen signal from the baseline at room temperature to the baseline. at 900 C.
A l'issue d'un tel test, on mesure généralement un taux de conversion des espèces cérium IV initialement présentes qui est au moins de 20%, ce taux de conversion étant avantageusement d'au moins 30%, plus préférentiellement au moins égal à 40%, et encore plus avantageusement de 50% ou plus. En général, ce taux de conversion reste inférieur à 90%. At the end of such a test, a conversion rate of the cerium IV species initially present is generally measured which is at least 20%, this conversion rate advantageously being at least 30%, more preferably at least equal to 40%, and even more advantageously 50% or more. In general, this conversion rate remains below 90%.
Par ailleurs, les particules (p) de dimensions nanométriques à base d'oxyde de cérium, d'oxyde de zirconium ou d'oxyde de titane qui sont présentes dans le matériau de l'invention sont avantageusement des particules au moins partiellement cristallines, au sein desquelles l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium ou l'oxyde de titane présente, le cas échéant, un taux de cristallinité allant de préférence de 30 à 100 % en volume. Le taux de Furthermore, the particles (p) of nanometric dimensions based on cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide which are present in the material of the invention are advantageously particles at least partially crystalline, at in which the cerium oxide, zirconium oxide or titanium oxide has, if necessary, a degree of crystallinity preferably ranging from 30 to 100% by volume. The rate of
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cristallinité volumique d'un oxyde métallique présent au sein des particules de dimensions nanométriques du matériau de l'invention, peut être calculé par le rapport de l'aire du même pic de diffraction obtenu pour un échantillon dudit matériau selon l'invention, rapporté à l'aire d'un pic de diffraction obtenu pour un échantillon témoin dudit oxyde à l'état totalement cristallisé, ces aires étant, si nécessaire, corrigées des facteurs d'absorption des oxydes présents. volume crystallinity of a metal oxide present in the particles of nanometric dimensions of the material of the invention, can be calculated by the ratio of the area of the same diffraction peak obtained for a sample of said material according to the invention, relative to the area of a diffraction peak obtained for a control sample of said oxide in the fully crystallized state, these areas being, if necessary, corrected for the absorption factors of the oxides present.
La présence de telles particules partiellement cristallisées au sein de la phase minérale confère alors aux matériaux mésostructurés de l'invention, en plus d'un agencement ordonné de leur réseau de pores, un taux de cristallinité global généralement au moins égal à 10% en volume, et préférentiellement supérieur à 30% en volume, ce"taux de cristallinité volumique global" étant calculé en multipliant le taux de cristallinité volumique déterminé expérimentalement pour les particules, selon la méthode décrite cidessus, par la fraction de volume du matériau qui est occupée par lesdites particules. The presence of such partially crystallized particles within the mineral phase then gives the mesostructured materials of the invention, in addition to an ordered arrangement of their pore network, an overall crystallinity rate generally at least equal to 10% by volume. , and preferably greater than 30% by volume, this "overall volume crystallinity rate" being calculated by multiplying the volume crystallinity rate determined experimentally for the particles, according to the method described above, by the fraction of volume of the material which is occupied by said particles.
Par"taux de cristallinité d'un matériau mésostructuré", on entend au sens de l'invention, le taux de cristallinité propre des parois de la structure, qui prend globalement en compte à la fois la cristallinité éventuelle de la phase minérale liante et la cristallinité des particules de dimensions nanométriques incluses dans cette phase liante. A ce sujet, il faut donc bien souligner que la cristallinité du matériau, au sens de l'invention, correspond à une organisation microscopique détectable notamment par diffraction (par exemple par diffraction de rayons X aux grands angles), qui est à distinguer en particulier de l'ordre présenté, à un niveau plus macroscopique, par la mésostructure du matériau. By “degree of crystallinity of a mesostructured material” is meant within the meaning of the invention, the degree of crystallinity proper to the walls of the structure, which globally takes into account both the possible crystallinity of the binder mineral phase and the crystallinity of particles of nanometric dimensions included in this binding phase. On this subject, it must therefore be emphasized that the crystallinity of the material, within the meaning of the invention, corresponds to a microscopic organization detectable in particular by diffraction (for example by X-ray diffraction at large angles), which is to be distinguished in particular of the order presented, at a more macroscopic level, by the mesostructure of the material.
Lorsque les particules (p) sont des particules à base d'un oxyde métallique (oxyde de cérium, de zirconium ou de titane) au moins partiellement cristallin, il est souvent préférable que ledit oxyde au moins partiellement cristallin comprenne au moins un élément métallique M1 (dit élément"dopant"), sous forme cationique, en solution solide au sein de son réseau cristallin, généralement en solution solide d'insertion et/ou de substitution. When the particles (p) are particles based on a metal oxide (cerium, zirconium or titanium oxide) at least partially crystalline, it is often preferable that said at least partially crystalline oxide comprise at least one metallic element M1 (said "dopant" element), in cationic form, in solid solution within its crystal lattice, generally in solid solution for insertion and / or substitution.
Les matériaux de l'invention comprenant des particules d'oxyde de cérium, de zirconium ou de titane ainsi dopées sont en général The materials of the invention comprising particles of cerium, zirconium or titanium thus doped are generally
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particulièrement adaptés à titre de supports pour des espèces catalytique, notamment pour des espèces métalliques de type métaux nobles (platine par exemple). L'utilisation de ces matériaux particuliers à titre de support pour espèces catalytiques constitue un autre objet de la présente invention. Les catalyseurs susceptibles d'être obtenus en supportant des espèces catalytiques (notamment de type métaux nobles) sur un tel matériau constituent encore un autre objet de l'invention. particularly suitable as supports for catalytic species, in particular for metallic species of the noble metal type (platinum for example). The use of these particular materials as a support for catalytic species constitutes another object of the present invention. Yet another object of the invention is the catalysts capable of being obtained by supporting catalytic species (in particular of the noble metal type) on such a material.
Par"cations présents en solution solide au sein d'un oxyde métallique", on entend des cations présents, à titre de cations d'insertion et/ou de substitution, au sein dudit oxyde métallique cristallin qui joue, de façon caractéristique, le rôle d'un réseau cristallin hôte, lesdits cations étant le plus souvent minoritaires par rapport aux cations constitutifs de l'oxyde métallique où ils sont intégrés en solution solide, c'est-à-dire représentant généralement strictement moins de 50% en mole de la quantité totale de cations métalliques présents dans l'oxyde, la teneur en lesdits cations pouvant toutefois atteindre 50% dans certains cas. Un oxyde cristallin intégrant des cations en solution solide conserve la structure de l'oxyde cristallin à l'état pur, de légères modifications des paramètres de mailles pouvant cependant être observées, par exemple en accord avec la loi de Vegard. Un oxyde cristallin intégrant des cations en solution solide présente de ce fait généralement un diagramme de diffraction de rayons X similaire à celui de l'oxyde mixte pur, avec un éventuel décalage des pics, plus ou moins important. By "cations present in solid solution within a metal oxide" is meant cations present, by way of insertion and / or substitution cations, within said crystalline metal oxide which typically plays the role of a host crystal lattice, said cations being most often in the minority compared to the cations constituting the metal oxide where they are integrated in solid solution, that is to say generally representing strictly less than 50% by mole of the total quantity of metal cations present in the oxide, the content of said cations being able however to reach 50% in certain cases. A crystalline oxide integrating cations in solid solution retains the structure of the crystalline oxide in the pure state, slight modifications of the mesh parameters which can however be observed, for example in accordance with Vegard's law. A crystalline oxide integrating cations in solid solution therefore generally has an X-ray diffraction diagram similar to that of pure mixed oxide, with a possible offset of the peaks, more or less significant.
De préférence, lorsque les des particules (p) des matériaux de l'invention sont"dopées"par des cations de l'élément métallique M 1 en solution solide, la quantité de cations M1 en solution solide (ou de la totalité des cations dopants en solution solide (incluant les cations M1), lorsque plusieurs dopants sont présents) représente au moins 0,2 % en mole de la quantité totale de cations métalliques présents dans l'oxyde, avantageusement au moins 0,5 % en mole, et encore plus avantageusement au moins 1% en mole. De façon générale, on préfère le plus souvent que la teneur en cations"dopants" (cations de l'élément M1, éventuellement en association avec d'autres cations dopants) soit la plus élevée possible. Ainsi, lorsque cela est envisageable, notamment Preferably, when the particles (p) of the materials of the invention are "doped" with cations of the metallic element M 1 in solid solution, the quantity of cations M1 in solid solution (or all of the doping cations in solid solution (including the cations M1), when several dopants are present) represents at least 0.2% by mole of the total amount of metal cations present in the oxide, advantageously at least 0.5% by mole, and again more advantageously at least 1 mol%. In general, it is most often preferred that the content of “doping” cations (cations of the element M1, possibly in combination with other doping cations) is as high as possible. Thus, when it is possible, in particular
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compte tenu de la nature du ou des élément (s) dopant (s) et de l'oxyde au sein duquel il sont introduits en solution solide, on préfère que la teneur en cations "dopants"soit au moins égale à 5%, de préférence au moins égale à 20%, et encore plus avantageusement au moins égale à 30%, voire au moins égale à 40%. taking into account the nature of the doping element (s) and of the oxide within which they are introduced in solid solution, it is preferred that the content of "doping" cations is at least equal to 5%, of preferably at least equal to 20%, and even more advantageously at least equal to 30%, or even at least equal to 40%.
La nature exacte des cations du métal M 1 dont la présence est envisageable en solution solide au sein des particules (p) dépend de la nature de l'oxyde métallique au sein duquel il est intégré en solution solide. The exact nature of the metal cations M 1, the presence of which can be envisaged in solid solution within the particles (p) depends on the nature of the metal oxide within which it is integrated in solid solution.
Ainsi, lorsque les particules (p) de dimensions nanométriques intégrées dans la phase minérale liante des matériaux de l'invention sont des particules à base d'un oxyde de cérium au moins partiellement cristallin, l'élément M1 présent à l'état cationique en solution solide peut, de façon générale, être choisi parmi les terres rares autres que le cérium, les métaux de transitions susceptibles de pouvoir être intégrés sous forme cationique en solution solide au sein d'un oxyde de cérium (en particulier le zirconium ou, le manganèse), ou bien encore parmi les métaux alcalino-terreux (notamment le baryum, le calcium, ou le strontium), ledit métal M1 désignant de préférence une terre rare autre que le cérium (avantageusement le lanthane, l'yttrium, le néodyme, le praséodyme, le dysprosium ou l'europium), ou bien le zirconium. Thus, when the particles (p) of nanometric dimensions integrated in the mineral binder phase of the materials of the invention are particles based on a cerium oxide at least partially crystalline, the element M1 present in the cationic state in solid solution can, in general, be chosen from rare earths other than cerium, the transition metals capable of being able to be integrated in cationic form in solid solution within a cerium oxide (in particular zirconium or, manganese), or alternatively among the alkaline earth metals (in particular barium, calcium, or strontium), said metal M1 preferably designating a rare earth other than cerium (advantageously lanthanum, yttrium, neodymium, praseodymium, dysprosium or europium), or zirconium.
La quantité de cations du métal M qu'on peut introduire en solution solide au sein d'un oxyde de cérium dépend de la nature dudit métal M1. Lorsque le métal M1 dopant représente le zirconium ou une terre rare autre que le cérium, la quantité de cations du métal M1 qu'on peut intégrer en solution solide peut représenter jusqu'à 50% en mole de la quantité totale de cations métalliques présents dans l'oxyde dopé. The quantity of cations of metal M which can be introduced in solid solution within a cerium oxide depends on the nature of said metal M1. When the doping metal M1 represents zirconium or a rare earth other than cerium, the quantity of cations of the metal M1 which can be integrated in solid solution can represent up to 50% by mole of the total quantity of metal cations present in doped oxide.
Lorsque les particules (p) de dimensions nanométriques intégrées dans la phase minérale liante des matériaux de l'invention sont des particules à base d'un oxyde de zirconium au moins partiellement cristallin, le métal M1 qui peut être présent à l'état cationique en solution solide peut être choisi parmi le cérium, les terres rares autres que le cérium, les métaux de transition susceptibles de pouvoir être intégrés sous forme cationique en solution solide When the particles (p) of nanometric dimensions integrated in the mineral binder phase of the materials of the invention are particles based on an zirconium oxide at least partially crystalline, the metal M1 which may be present in the cationic state in solid solution can be chosen from cerium, rare earths other than cerium, transition metals capable of being able to be incorporated in cationic form in solid solution
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au sein d'un oxyde de zirconium, ou bien encore parmi les métaux alcalino- terreux (notamment le baryum, le calcium, ou le strontium), ledit métal M désignant de préférence une terre rare (avantageusement le cérium, le lanthane, l'yttrium, le néodyme, le praséodyme, le dysprosium ou l'europium). Lorsque le métal M1 dopant représente le cérium ou une autre terre rare, la quantité de cations du métal M1 qu'on peut intégrer en solution solide peut représenter jusqu'à 50% en mole de la quantité totale de cations métalliques présents dans l'oxyde dopé. within a zirconium oxide, or alternatively among alkaline earth metals (in particular barium, calcium, or strontium), said metal M preferably designating a rare earth (advantageously cerium, lanthanum, yttrium, neodymium, praseodymium, dysprosium or europium). When the doping metal M1 represents cerium or another rare earth, the quantity of cations of the metal M1 which can be integrated in solid solution can represent up to 50% by mole of the total quantity of metal cations present in the oxide dope.
Par ailleurs, lorsque les particules (p) de dimensions nanométriques intégrées dans la phase minérale liante des matériaux de l'invention sont des particules à base d'un oxyde de titane au moins partiellement cristallin, l'élément M1 présent à l'état cationique en solution solide peut, de façon générale, être choisi parmi les terres rares, les métaux de transition susceptibles de pouvoir être intégrés sous forme cationique en solution solide au sein d'un oxyde de titane, ou bien encore parmi les métaux alcalino-terreux (notamment le baryum, le calcium, ou le strontium), ledit métal M1 étant de préférence un élément formateur d'une phase de type rutile ou anatase. Avantageusement, dans des particules à base d'oxyde de titane, le métal M1 "dopant" est une terre rare, ou bien le manganèse, l'étain, le vanadium, le niobium, le molybdène ou l'antimoine. Furthermore, when the particles (p) of nanometric dimensions integrated in the mineral binder phase of the materials of the invention are particles based on an at least partially crystalline titanium oxide, the element M1 present in the cationic state in solid solution can, in general, be chosen from rare earths, the transition metals capable of being able to be integrated in cationic form in solid solution within a titanium oxide, or alternatively among alkaline earth metals ( in particular barium, calcium, or strontium), said metal M1 preferably being a formative element of a phase of rutile or anatase type. Advantageously, in particles based on titanium oxide, the metal M1 "doping" is a rare earth, or else manganese, tin, vanadium, niobium, molybdenum or antimony.
Outre la phase minérale à base de silice et les particules de dimensions nanométriques éventuellement dopées précitées, les matériaux de l'invention comprennent le plus souvent des cristallites à base d'hydroxyde ou d'oxy-hydroxyde du métal M (par exemple, des cristallites à base d'oxyhydroxyde d'aluminium, notamment de type y-AIOOH ou bien encore à base d'oxyde de titane, de préférence de structure anatase le cas échéant). In addition to the silica-based mineral phase and the particles of nanometric dimensions possibly doped above, the materials of the invention most often comprise crystallites based on hydroxide or oxy-hydroxide of the metal M (for example, crystallites based on aluminum oxyhydroxide, in particular of the y-AIOOH type or else based on titanium oxide, preferably with anatase structure where appropriate).
Lorsqu'elles sont présentes, ces cristallites sont généralement incluses dans la phase minérale et/ou localisées à sa surface. Le cas échéant, on préfère que ces cristallites possèdent une taille moyenne inférieure ou égale à 500 nm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 200 nm. En général, ces cristallites ont une taille moyenne au moins égale à 2nm. When present, these crystallites are generally included in the mineral phase and / or located on its surface. Where appropriate, it is preferred that these crystallites have an average size less than or equal to 500 nm, and more preferably less than or equal to 200 nm. In general, these crystallites have an average size at least equal to 2 nm.
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Lorsque les particules (p) sont des particules à base d'un oxyde métallique au moins partiellement cristallin "dopé" par des cations d'un métal M1 en solution solide, tel que défini précédemment, la matrice minérale (m) peut comprendre des composés à base dudit élément dopant M1, notamment des cations métalliques du métal M1 ou des clusters à base du métal M1, dispersés, de préférence de façon homogène au sein de la matrice liante (m). Par "cluster" à base du métal M1, on entend une entité polyatomique de dimension inférieure à 2 nm, de préférence inférieure à 1 nm, comprenant au moins des atomes du métal M1, à l'état d'oxydation 0 ou à un état d'oxydation supérieur (typiquement, il s'agit de clusters à base d'espèces oxydes et/ou hydroxydes du métal M, par exemple des entités polyatomiques au sein desquels plusieurs atomes du métal M sont reliés entre eux par des ponts-0ou-OH-, chacun des atomes du métal M pouvant être relié à un ou plusieurs groupements -0- ou -OH). La matrice (m) des matériaux de l'invention peut, en outre, avantageusement comprendre à sa surface de tels cations métalliques de l'élément Ml et/ou clusters à base du métal M 1. Cela peut notamment être le cas lorsque le métal M1 est le zirconium, le manganèse, ou bien encore une terre rare (en particulier le lanthane, l'yttrium, le néodyme, le praséodyme, le dysprosium ou l'europium). Selon une variante avantageuse, la phase minérale des matériaux de l'invention comprend des cations métalliques de l'élément M 1 et/ou des clusters à base du métal M1, à la fois dispersés au sein de ladite phase minérale et à la surface de ladite phase minérale. Cette variante peut être particulièrement intéressante lorsque le métal M1 désigne le zirconium, le manganèse, le baryum, ou une terre rare telle que le lanthane, l'yttrium, le néodyme, le praséodyme, le dysprosium ou l'europium). When the particles (p) are particles based on an at least partially crystalline metal oxide "doped" with cations of a metal M1 in solid solution, as defined above, the mineral matrix (m) can comprise compounds based on said doping element M1, in particular metal cations of the metal M1 or clusters based on the metal M1, dispersed, preferably homogeneously within the binder matrix (m). By “cluster” based on the metal M1, is meant a polyatomic entity of dimension less than 2 nm, preferably less than 1 nm, comprising at least atoms of the metal M1, in the oxidation state 0 or in a state of higher oxidation (typically, these are clusters based on oxide and / or hydroxide species of the metal M, for example polyatomic entities within which several atoms of the metal M are linked together by -0or- bridges OH-, each of the atoms of the metal M possibly being linked to one or more groups -0- or -OH). The matrix (m) of the materials of the invention can, moreover, advantageously comprise on its surface such metal cations of the element Ml and / or clusters based on the metal M 1. This can in particular be the case when the metal M1 is zirconium, manganese, or even a rare earth (in particular lanthanum, yttrium, neodymium, praseodymium, dysprosium or europium). According to an advantageous variant, the mineral phase of the materials of the invention comprises metal cations of the element M 1 and / or clusters based on the metal M1, both dispersed within said mineral phase and on the surface of said mineral phase. This variant can be particularly advantageous when the metal M1 denotes zirconium, manganese, barium, or a rare earth such as lanthanum, yttrium, neodymium, praseodymium, dysprosium or europium).
De façon plus générale, que les particules (p) soient ou non des particules à base d'un oxyde métallique au moins partiellement cristallin"dopé" par des cations d'un métal M1 en solution solide, les matériaux de l'invention comprennent avantageusement des cations d'au moins un métal M2 ou des clusters à base dudit métal M2, ce métal M2, qui peut être un des métaux de type M 1 précité, étant choisi parmi les métaux alcalins ou alcalino-terreux (notamment le baryum, le strontium, le calcium, le potassium ou le sodium), les More generally, whether or not the particles (p) are particles based on an at least partially crystalline metal oxide "doped" with cations of a metal M1 in solid solution, the materials of the invention advantageously comprise cations of at least one metal M2 or clusters based on said metal M2, this metal M2, which may be one of the metals of type M 1 mentioned above, being chosen from alkali or alkaline earth metals (in particular barium, strontium, calcium, potassium or sodium),
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terres rares (en particulier le lanthane, l'yttrium, le néodyme, le praséodyme, le dysprosium ou l'europium), ou bien le manganèse. Le cas échéant, ces cations et/ou clusters sont généralement présents notamment en surface de la matrice (m) et/ou sous forme dispersée au sein de la matrice (m). Avantageusement, ils sont présents à la fois sous forme dispersée au sein de la matrice et en surface de ladite matrice.
rare earths (in particular lanthanum, yttrium, neodymium, praseodymium, dysprosium or europium), or manganese. Where appropriate, these cations and / or clusters are generally present in particular on the surface of the matrix (m) and / or in dispersed form within the matrix (m). Advantageously, they are present both in dispersed form within the matrix and on the surface of said matrix.
Dans le cas le plus général, il est également souvent avantageux que les matériaux de l'invention comprennent des cristallites à base d'oxyde, d'hydroxyde, d'oxy-hydroxyde, de carbonate ou d'hydroxy-carbonate d'un élément métallique d'un métal du type des métaux M1 ou M2 définis précédemment. Le cas échéant, ces cristallites sont généralement incluses dans la matrice et/ou présentes à sa surface. Lorsqu'elles sont présentes, on préfère que ces cristallites possèdent une taille inférieure ou égale à 700 nm, et de préférence inférieure ou égale à 500 nm. Ainsi, de façon particulièrement avantageuse, ces cristallites ont une taille comprise entre 2 nm et 200 nm. Il est particulièrement avantageux que ces cristallites soient à base d'oxyde de zirconium, d'hydroxyde et/ou d'oxyde de manganèse et/ou d'hydroxyde et/ou d'oxyde d'au moins une terre rare. In the most general case, it is also often advantageous that the materials of the invention comprise crystallites based on oxide, hydroxide, oxy-hydroxide, carbonate or hydroxy-carbonate of an element metallic of a metal of the type of metals M1 or M2 defined above. Where appropriate, these crystallites are generally included in the matrix and / or present on its surface. When present, it is preferred that these crystallites have a size less than or equal to 700 nm, and preferably less than or equal to 500 nm. Thus, in a particularly advantageous manner, these crystallites have a size of between 2 nm and 200 nm. It is particularly advantageous for these crystallites to be based on zirconium oxide, hydroxide and / or manganese oxide and / or hydroxide and / or oxide of at least one rare earth.
Des clusters et/ou des cristallites, du type de ceux qui sont potentiellement présents au sein et/ou à la surface de la matrice (m), peuvent également être présents, dans certains cas, au sein et ou à la surface des particules (p) qui sont dispersées au sein de cette phase. La présence de ces clusters et/ou cristallites peut conférer au matériau des propriétés catalytiques accrues. Toutefois, il est à souligner que, de façon caractéristique dans un matériau selon l'invention, les cristallites et/ou clusters éventuellement présents à la surface des particules (p) sont telles qu'elles ne s'oppose pas à l'accessibilité des particules (p) par des réducteurs tels que l'hydrogène. De ce fait, lorsqu'ils sont présents, les cristallites et/ou clusters à la surface des particules (p) sont de préférence des cristallites et/ou cluster individualisés qui ne recouvre pas totalement la surface des particules (p). En général, on préfère que de tels cristallites et/ou clusters occupent moins de 50 %, Clusters and / or crystallites, of the type of those which are potentially present within and / or on the surface of the matrix (m), can also be present, in certain cases, within and or on the surface of the particles ( p) which are dispersed within this phase. The presence of these clusters and / or crystallites can give the material increased catalytic properties. However, it should be emphasized that, typically in a material according to the invention, the crystallites and / or clusters possibly present on the surface of the particles (p) are such that they do not prevent the accessibility of the particles (p) by reducing agents such as hydrogen. Therefore, when they are present, the crystallites and / or clusters on the surface of the particles (p) are preferably individual crystallites and / or clusters which do not completely cover the surface of the particles (p). In general, it is preferred that such crystallites and / or clusters occupy less than 50%,
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avantageusement moins de 30 %, encore plus avantageusement moins de 20 %, de préférence moins de 10 % et encore plus préférentiellement moins de 5 % de la portion de la surface des particules (p) qui n'est pas en contact avec la matrice liante. advantageously less than 30%, even more advantageously less than 20%, preferably less than 10% and even more preferably less than 5% of the portion of the surface of the particles (p) which is not in contact with the binding matrix .
Selon une variante particulièrement préférentielle, un matériau selon l'invention intègre des composés du lanthane, de préférence au moins sous forme de cations lanthane et/ou de clusters à base de lanthane au sein de sa matrice (m) et/ou à la surface de cette matrice (m). Les matériaux présentant ce type de phase minérale intégrant du lanthane possèdent souvent une stabilité thermique accrue, généralement associée à des propriétés catalytiques intéressantes, notamment des propriétés acido-basiques et/ou redox, ce qui peut par exemple les rendre adaptés pour la catalyse hétérogène de réactions d'oxydation ou de catalyse basique à haute température, notamment pour la catalyse hétérogène de réactions d'oxydation d'hydrocarbures (alcanes, aromatiques...). L'utilisation de ces composés spécifiques pour cette application particulière constitue un autre objet de la présente invention. According to a particularly preferred variant, a material according to the invention incorporates lanthanum compounds, preferably at least in the form of lanthanum cations and / or lanthanum-based clusters within its matrix (m) and / or at the surface of this matrix (m). Materials with this type of mineral phase incorporating lanthanum often have increased thermal stability, generally associated with advantageous catalytic properties, in particular acid-base and / or redox properties, which can for example make them suitable for the heterogeneous catalysis of oxidation or basic catalysis reactions at high temperature, especially for the heterogeneous catalysis of hydrocarbon oxidation reactions (alkanes, aromatics, etc.). The use of these specific compounds for this particular application constitutes another object of the present invention.
De façon générale, lorsqu'un un matériau selon l'invention comprend au sein de sa matrice et/ou à la surface de cette matrice des cations et/ou des clusters à base de lanthane, il est souvent avantageux qu'il contienne en outre un élément métallique choisi parmi le manganèse ou les métaux alcalins ou alcalino-terreux, de préférence parmi le baryum, le strontium, le calcium, le potassium ou le sodium, et avantageusement parmi le baryum, le potassium ou le manganèse. De façon préférée dans ce cas de figure, ledit élément métallique (alcalin ou alcalino-terreux ou manganèse), est présent au moins en partie sous forme sous forme de cristallites d'oxyde et/ou d'hydroxyde, ou bien encore de petits amas de sels (sulfates, carbonates ou nitrates, par exemple, les sulfates et les carbonates étant préférés). In general, when a material according to the invention comprises, within its matrix and / or on the surface of this matrix, cations and / or clusters based on lanthanum, it is often advantageous that it also contains a metallic element chosen from manganese or alkali or alkaline earth metals, preferably from barium, strontium, calcium, potassium or sodium, and advantageously from barium, potassium or manganese. Preferably in this case, said metallic element (alkaline or alkaline earth or manganese), is present at least in part in the form of crystallites of oxide and / or hydroxide, or even small clusters salts (sulfates, carbonates or nitrates, for example, sulfates and carbonates being preferred).
Une famille de matériaux selon la présente invention qui se révèle particulièrement intéressante est constituée par les matériaux comprenant : A family of materials according to the present invention which proves to be particularly advantageous consists of materials comprising:
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(1) des particules (p) d'oxyde de cérium ou de zirconium, dopées par un élément métallique dopant M1 du type précité, avantageusement des particules d'oxyde de cérium dopées par le zirconium ou par une terre rare autre que le cérium ; et (2) une matrice (m) comprenant des cations et/ou des clusters à base de lanthane (généralement dispersés en son sein et/ou présent en surface, et avantageusement au moins présents en surface). (1) particles (p) of cerium oxide or zirconium, doped with a metallic doping element M1 of the aforementioned type, advantageously particles of cerium oxide doped with zirconium or with a rare earth other than cerium; and (2) a matrix (m) comprising cations and / or clusters based on lanthanum (generally dispersed within it and / or present on the surface, and advantageously at least present on the surface).
Une classe particulièrement avantageuse de cette famille de matériaux est constituée par les matériaux comprenant en outre : (3) un élément alcalin ou alcalino-terreux (de préférence, le baryum, le strontium, le calcium, le potassium ou le sodium), du manganèse ou un mélange d'un élément alcalin ou alcalino-terreux et de manganèse, ce métal alcalin ou alcalino-terreux et/ou ce manganèse étant alors généralement présent au moins en partie sous forme sous forme de cristallites d'oxyde et/ou d'hydroxyde ou d'amas de sels du type précité. A particularly advantageous class of this family of materials is constituted by materials further comprising: (3) an alkaline or alkaline-earth element (preferably, barium, strontium, calcium, potassium or sodium), manganese or a mixture of an alkaline or alkaline earth element and manganese, this alkali or alkaline earth metal and / or this manganese then being generally present at least in part in the form of oxide crystallites and / or hydroxide or mass of salts of the aforementioned type.
Les matériaux spécifiques comprenant les composants (1), (2) et (3) précités se montrent particulièrement adaptés à titre de catalyseurs d'absorption, d'oxydes azotés, notamment en atmosphère oxydante, et en particulier pour l'absorption des composés dits NOx (NO, N02, N20 notamment) qui sont présents par exemple dans certains effluents gazeux industriels, ou dans les gaz d'échappement automobiles. L'utilisation de ces composés spécifiques pour cette application particulière constitue un autre objet de la présente invention. The specific materials comprising the aforementioned components (1), (2) and (3) appear to be particularly suitable as absorption catalysts, of nitrogen oxides, in particular in an oxidizing atmosphere, and in particular for the absorption of the so-called compounds. NOx (NO, N02, N20 in particular) which are present for example in certain industrial gaseous effluents, or in automobile exhaust gases. The use of these specific compounds for this particular application constitutes another object of the present invention.
De façon générale, dans un matériau selon l'invention, l'épaisseur globale des parois de la mésostructure, qui intègrent les particules (p), et les éventuels clusters et/ou cristallites précités, est préférentiellement comprise entre 3 et 12 nm, et de préférence entre 4 et 10 nm. In general, in a material according to the invention, the overall thickness of the walls of the mesostructure, which integrate the particles (p), and the aforementioned clusters and / or crystallites, is preferably between 3 and 12 nm, and preferably between 4 and 10 nm.
Dans le cas d'une structure mésoporeuse ordonnée, le diamètre des pores est généralement compris entre 2 et 8 nm, ce diamètre étant généralement inférieur à 6 nm. In the case of an ordered mesoporous structure, the diameter of the pores is generally between 2 and 8 nm, this diameter generally being less than 6 nm.
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Selon un autre aspect, la présente invention a également pour objet un procédé de préparation du matériau mésostructuré tel que défini précédemment. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives consistant à : (a) réaliser une mésostructure minérale intégrant, au sein de ses parois, des particules de dimensions nanométriques à base d'un oxyde de cérium, d'un oxyde de zirconium ou d'un oxyde de titane, liées entre elle par une matrice minérale à base de silice, ladite matrice ne recouvrant pas totalement lesdites particules ; (b) introduire au sein de la structure mésoporeuse ainsi obtenue un composé de l'élément M (de préférence ledit métal M sous forme cationique, éventuellement complexée, ou bien encore un alcoxyde du métal M), la teneur totale en élément M introduit au sein de la structure, rapportée à la surface totale développée par la mésostructure, étant inférieure à 5 micromoles de cation par m2 de surface ; et (c) soumettre la mésostructure ainsi réalisée à une température au moins égale à 300 C, et non supérieure à 1000 C, ce par quoi on intègre au moins une partie du métal M sous la forme de cations en position tétraédrique au sein de la phase minérale à base de silice. According to another aspect, the present invention also relates to a process for preparing the mesostructured material as defined above. This process is characterized in that it comprises the successive stages consisting in: (a) producing a mineral mesostructure integrating, within its walls, particles of nanometric dimensions based on a cerium oxide, an oxide of zirconium or a titanium oxide, linked together by a mineral matrix based on silica, said matrix not completely covering said particles; (b) introducing into the mesoporous structure thus obtained a compound of element M (preferably said metal M in cationic form, optionally complexed, or alternatively an alkoxide of metal M), the total content of element M introduced into within the structure, related to the total surface developed by the mesostructure, being less than 5 micromoles of cation per m2 of surface; and (c) subjecting the mesostructure thus produced to a temperature at least equal to 300 C, and not greater than 1000 C, whereby at least part of the metal M is integrated in the form of cations in a tetrahedral position within the mineral phase based on silica.
L'étape (a) du procédé de l'invention peut être conduite selon tout moyen connu de l'homme du métier. Toutefois, cette étape (a) est de préférence réalisée en mettant en oeuvre le procédé qui fait l'objet de la demande de brevet WO 01/32558, c'est à dire en mettant en oeuvre les étapes consistant à : (a1) former un milieu initial, de préférence aqueux ou hydro-alcoolique, avantageusement de pH inférieur à 4, comprenant un agent texturant, à savoir un composé amphiphile de type tensioactif, notamment un copolymère, de préférence non chargé dans les conditions de mise en oeuvre du procédé, et susceptible de former des micelles dans le milieu réactionnel (notamment un tensioactif non ionique de type copolymère Step (a) of the process of the invention can be carried out by any means known to those skilled in the art. However, this step (a) is preferably carried out by implementing the method which is the subject of patent application WO 01/32558, that is to say by implementing the steps consisting in: (a1) forming an initial medium, preferably aqueous or hydroalcoholic, advantageously of pH less than 4, comprising a texturing agent, namely an amphiphilic compound of surfactant type, in particular a copolymer, preferably not loaded under the conditions for carrying out the process , and capable of forming micelles in the reaction medium (in particular a nonionic surfactant of the copolymer type
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séquence, et plus préférentiellement un copolymère tribloc poly (oxyde d'éthylène) -poly (oxyde de propylène) -poly (oxyde d'éthylène)) ; (a2) ajouter au milieu de l'étape (a1) une dispersion colloïdale de particules de dimensions nanométriques, de préférence à base d'un oxyde métallique, avantageusement à l'état cristallin, et préférentiellement choisi parmi un oxyde de cérium, un oxyde de zirconium, ou un oxyde de titane, avec de préférence un diamètre hydrodynamique d'au moins 50% de la population des particules colloïdales compris entre 1 et 15 nm, et une répartition granulométrique préférentiellement monodisperse de ces particules colloïdales ; (a3) former, par ajout dans le milieu d'un précurseur minéral de type silicate alcalin (silicate de sodium par exemple) ou bien alcoxyde de silicium, une phase minérale mésostructurée, au moins partiellement (de préférence essentiellement) constituée de silice, ladite phase minérale intégrant alors, au sein de ses parois mésostructurées, au moins une partie des particules de dimensions nanométriques introduites lors de l'étape (a2) ; et (a4) éliminer l'agent texturant, notamment par traitement thermique ou bien entraînement par un solvant, ces étapes étant éventuellement suivies d'une ou plusieurs étapes de lavage, séchage, et/ou calcination, suivies éventuellement d'une attaque chimique partielle contrôlée de la phase minérale (par exemple par NH40H, NaOH ou HF) en particulier dans le cas où, dans la structure obtenue à l'issue de l'étape (4), la matrice liante recouvre totalement les particules d'oxydes. block, and more preferably a poly (ethylene oxide) -poly (propylene oxide) -poly (ethylene oxide) triblock copolymer; (a2) add in the middle of step (a1) a colloidal dispersion of particles of nanometric dimensions, preferably based on a metal oxide, advantageously in the crystalline state, and preferably chosen from a cerium oxide, an oxide of zirconium, or a titanium oxide, preferably with a hydrodynamic diameter of at least 50% of the population of the colloidal particles between 1 and 15 nm, and a preferential monodisperse particle size distribution of these colloidal particles; (a3) forming, by adding in the medium a mineral precursor of the alkaline silicate type (sodium silicate for example) or else silicon alkoxide, a mesostructured mineral phase, at least partially (preferably essentially) consisting of silica, said mineral phase then integrating, within its mesostructured walls, at least part of the particles of nanometric dimensions introduced during step (a2); and (a4) removing the texturing agent, in particular by heat treatment or else entrainment with a solvent, these steps being optionally followed by one or more steps of washing, drying, and / or calcination, optionally followed by a partial chemical attack. controlled in the mineral phase (for example by NH40H, NaOH or HF) in particular in the case where, in the structure obtained at the end of step (4), the binder matrix completely covers the oxide particles.
En tout état de cause, on préfère généralement que la structure mésoporeuse obtenue à l'issue de l'étape (a) possède une surface spécifique BET la plus élevée possible, cette surface étant le plus souvent au moins égale à 1500 m2 par cm3 de matériau, de préférence au moins égale à 1600 m2 par cm3 de matériau, et encore plus avantageusement de l'ordre de 2100 m2 par cm3 de matériau, c'est-à-dire, en général, entre 1800 et 2500 m2 par cm3 de In any event, it is generally preferable for the mesoporous structure obtained at the end of step (a) to have the highest BET specific surface possible, this surface most often being at least equal to 1500 m2 per cm 3 of material, preferably at least equal to 1600 m2 per cm3 of material, and even more advantageously of the order of 2100 m2 per cm3 of material, that is to say, in general, between 1800 and 2500 m2 per cm3 of
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matériau. On préfère par ailleurs que cette mésostructure réalisée lors de l'étape (a) possède un volume poreux au moins égal à 0,2 crr/g pour ses pores de dimensions inférieures ou égales à 20 nm. material. It is also preferred that this mesostructure produced during step (a) has a pore volume at least equal to 0.2 crr / g for its pores of dimensions less than or equal to 20 nm.
De façon caractéristique, dans le matériau obtenu à l'issue de l'étape (a), il est nécessaire que les particules à base d'oxyde de cérium, d'oxyde de zirconium et/ou d'oxyde de titane ne soient pas totalement recouvertes par la matrice liante à base de silice. En d'autres termes ces particules doivent être au moins partiellement en contact avec l'espace interne des pores de la mésostructure. On peut vérifier cette propriété en réalisant pour le matériau mésostructuré une courbe d'évolution du potentiel électrophorétique en fonction du pH (notamment par zétamétrie), en particulier quand le matériau comprend des particules à base d'oxyde de cérium. Typically, in the material obtained at the end of step (a), it is necessary that the particles based on cerium oxide, zirconium oxide and / or titanium oxide are not completely covered by the silica-based binding matrix. In other words, these particles must be at least partially in contact with the internal space of the pores of the mesostructure. This property can be verified by carrying out for the mesostructured material a curve of evolution of the electrophoretic potential as a function of the pH (in particular by zetametry), in particular when the material comprises particles based on cerium oxide.
Lorsque les particules présentes sont spécifiquement à base d'oxyde de cérium, un autre moyen de vérifier le caractère accessible des particules d'oxyde au sein du matériau réalisé dans l'étape (a) consiste à établir le caractère réductible du matériau par un traitement par de l'hydrogène et mesure du taux de conversion du cérium IV en cérium ttt, notamment selon le mode opératoire"TPR"précité. On préfère que le taux de conversion du cérium IV en cérium Ht mesuré selon le mode opératoire TPR soit au moins de 25%, de préférence au moins de 35%, ce taux de conversion étant avantageusement au moins égal à 50%. When the particles present are specifically based on cerium oxide, another means of verifying the accessible nature of the oxide particles within the material produced in step (a) consists in establishing the reducible character of the material by a treatment with hydrogen and measurement of the rate of conversion of cerium IV into cerium ttt, in particular according to the above-mentioned "TPR" procedure. It is preferred that the rate of conversion of cerium IV into cerium Ht measured according to the TPR procedure is at least 25%, preferably at least 35%, this conversion rate being advantageously at least equal to 50%.
Dans tous les cas, si on souhaite améliorer l'accessibilité des particules d'oxyde, on peut réaliser une attaque chimique partielle de la phase minérale à base de silice, par exemple par NH40H, NaOH ou HF. Dans ce cadre, il est naturellement nécessaire de procéder à cette attaque chimique partielle dans des conditions contrôlées, pour ne pas nuire à la stabilité du matériau. In all cases, if it is desired to improve the accessibility of the oxide particles, it is possible to carry out a partial chemical attack on the mineral phase based on silica, for example with NH40H, NaOH or HF. In this context, it is naturally necessary to carry out this partial chemical attack under controlled conditions, so as not to harm the stability of the material.
Quel que soit le mode exact de mise en oeuvre de l'étape (a), les particules de dimension nanométriques qui sont immobilisés au sein de la mésostructure minérale sont de préférence des particules d'oxyde de cérium du type de celles décrites notamment dans les demandes de brevets Whatever the exact mode of implementation of step (a), the nanometric particles which are immobilized within the mineral mesostructure are preferably cerium oxide particles of the type described in particular in patent applications
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FR 2 416 867, EP 0 206 906 ou EP 208 580, des particules d'oxyde de zirconium telles que décrites dans le Journal of Gel Science Technology, vol. 1, p. 223 (1994), et/ou des particules d'oxyde de titane du type de celles décrites dans Chemical Materials, vol. 10, pp. 3217-3223 (1998). FR 2 416 867, EP 0 206 906 or EP 208 580, zirconium oxide particles as described in the Journal of Gel Science Technology, vol. 1, p. 223 (1994), and / or titanium oxide particles of the type described in Chemical Materials, vol. 10, pp. 3217-3223 (1998).
De façon plus générale, les particules d'oxyde métalliques mises en oeuvre peuvent également être toutes particules à base d'oxyde de cérium, d'oxyde de zirconium et/ou d'oxyde de titane, obtenues notamment par traitement acide, lavage ou bien par dispersion de poudres ultrafines obtenues par exemple par des procédés de synthèse à haute température du type des combustions de chlorures métalliques dans une flamme connues de l'homme du métier. More generally, the metal oxide particles used can also be any particles based on cerium oxide, zirconium oxide and / or titanium oxide, obtained in particular by acid treatment, washing or else by dispersion of ultrafine powders obtained for example by high temperature synthesis methods of the type of combustion of metal chlorides in a flame known to those skilled in the art.
L'étape (b) du procédé consiste à réaliser une imprégnation d'au moins une partie des zones poreuses de la mésostructure réalisée dans l'étape (a) avec un composé de l'élément M que l'on souhaite introduire au moins en partie sous forme de cations en position tétraédrique au sein de la silice de la matrice liante de la mésostructure obtenue à l'issue de l'étape (a). Step (b) of the method consists in impregnating at least part of the porous zones of the mesostructure produced in step (a) with a compound of the element M which it is desired to introduce at least part in the form of cations in a tetrahedral position within the silica of the binding matrix of the mesostructure obtained at the end of step (a).
Généralement, cette imprégnation est réalisée en introduisant ledit composé de l'élément M au sein de la mésostructure, en le dispersant au sein d'une phase vecteur, liquide ou gazeuse, cette phase vecteur étant de préférence un milieu liquide, en général un milieu aqueux ou hydro-alcoolique, ou bien encore un milieu solvant organique. Generally, this impregnation is carried out by introducing said compound of the element M into the mesostructure, by dispersing it within a vector phase, liquid or gas, this vector phase preferably being a liquid medium, generally a medium aqueous or hydro-alcoholic, or alternatively an organic solvent medium.
Ainsi, l'étape (b) consiste le plus souvent à réaliser une imprégnation d'au moins une partie des zones poreuses de la mésostructure réalisée dans l'étape (a) avec une solution, généralement aqueuse, d'un sel d'un cation du métal M, de préférence d'un nitrate, oxy-nitrate, oxalate, et/ou acétate du métal M, ou bien avec une solution aqueuse ou hydro-alcoolique comprenant des cations du métal M à l'état complexé, ou bien encore avec une solution, généralement en milieu solvant organique anhydre, comprenant un alcoxyde du métal M. Toutefois, selon des modes de mise en oeuvre particuliers, on peut également envisager dans l'étape (b) l'utilisation de dispersions de clusters à base du métal M (notamment des clusters à base Thus, step (b) most often consists in impregnating at least part of the porous zones of the mesostructure produced in step (a) with a solution, generally aqueous, of a salt of cation of the metal M, preferably of a nitrate, oxy-nitrate, oxalate, and / or acetate of the metal M, or else with an aqueous or hydro-alcoholic solution comprising cations of the metal M in the complexed state, or else also with a solution, generally in an anhydrous organic solvent medium, comprising an alkoxide of the metal M. However, according to particular modes of implementation, it is also possible to envisage in step (b) the use of dispersions of clusters based on metal M (in particular clusters based
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d'oxyde et/ou d'hydroxydes du métal M), ou bien encore une phase gazeuse comprenant un composé du métal (cette phase gaz étant alors en général constituée par ledit composé à l'état gazeux). of oxide and / or hydroxides of the metal M), or alternatively a gas phase comprising a compound of the metal (this gas phase then generally being constituted by said compound in the gaseous state).
Dans le cas spécifique où le métal M désigne l'aluminium, le composé à base du métal M de l'étape (b) est de préférence introduit : - sous la forme d'une solution aqueuse (ou éventuellement hydroalcoolique) comprenant au moins un sel d'aluminium, de préférence un sel d'aluminium présentant une tendance à s'hydrater la plus faible possible. Dans ce cadre, l'aluminium peut être introduit sous la forme d'une solution comprenant un nitrate d'aluminium, un acétate d'aluminium, un sulfate d'aluminium, ou un mélange de ces sels, et avantageusement sous la forme d'une solution comprenant un nitrate ou un acétate d'aluminium, ou un mélange acétate d'aluminium/nitrate d'aluminium ; - sous la forme d'une solution, généralement aqueuse ou hydroalcoolique, comprenant des cations aluminium sous forme complexée, par exemple sous forme de complexes polynucléaires d'aluminium, de type AI (OH) x (N03) 3-x (où x va de 1 à 2,5) ; - sous la forme d'une dispersion aqueuse comprenant des clusters à base d'un composé d'aluminium, de préférence des clusters d'oxydes et/ou hydroxyde d'aluminium, notamment des clusters de type A) is. In the specific case where the metal M denotes aluminum, the compound based on the metal M of step (b) is preferably introduced: - in the form of an aqueous (or optionally hydroalcoholic) solution comprising at least one aluminum salt, preferably an aluminum salt with the lowest possible tendency to hydrate. In this context, aluminum can be introduced in the form of a solution comprising an aluminum nitrate, an aluminum acetate, an aluminum sulphate, or a mixture of these salts, and advantageously in the form of a solution comprising an aluminum nitrate or acetate, or an aluminum acetate / aluminum nitrate mixture; - in the form of a solution, generally aqueous or hydroalcoholic, comprising aluminum cations in complexed form, for example in the form of polynuclear aluminum complexes, of type AI (OH) x (N03) 3-x (where x goes 1 to 2.5); - In the form of an aqueous dispersion comprising clusters based on an aluminum compound, preferably clusters of aluminum oxides and / or hydroxide, in particular clusters of type A) is.
Dans ce cadre, on préfère généralement que l'aluminium soit introduit sous la forme d'espèces présentant une charge globale positive. Ainsi, selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'introduction d'aluminium lors de l'étape (b) s'effectue en imprégnant la structure de l'étape (a) avec une solution aqueuse comprenant un sel d'aluminium (de préférence un nitrate et/ou un acétate) à un pH compris entre 1 et 6, et de préférence inférieur ou égal à 5,5. In this context, it is generally preferred that aluminum is introduced in the form of species having a positive overall charge. Thus, according to a particularly preferred embodiment, the introduction of aluminum during step (b) is carried out by impregnating the structure of step (a) with an aqueous solution comprising an aluminum salt (of preferably a nitrate and / or an acetate) at a pH between 1 and 6, and preferably less than or equal to 5.5.
L'introduction d'aluminium n'est naturellement pas limitée à l'introduction des solutions et dispersions envisagées ci-dessus, dont la mise en oeuvre ne constitue qu'un mode préférentiel de réalisation de l'invention. Ainsi, cette introduction d'aluminium peut alternativement être réalisée à l'aide d'une The introduction of aluminum is naturally not limited to the introduction of the solutions and dispersions envisaged above, the implementation of which constitutes only a preferred embodiment of the invention. Thus, this introduction of aluminum can alternatively be carried out using a
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solution, généralement en milieu solvant organique, d'un alcoxyde d'aluminium, tel que, par exemple le butylat d'aluminium A ! (OBu) s. Selon une autre variante, l'introduction d'aluminium au sein de la mésostructure obtenue à l'issue de l'étape (a) peut également être effectuée en soumettant ladite mésostructure à un flux d'AICI3 en milieu gazeux. solution, generally in an organic solvent medium, of an aluminum alkoxide, such as, for example, aluminum butylate A! (OBu) s. According to another variant, the introduction of aluminum into the mesostructure obtained at the end of step (a) can also be carried out by subjecting said mesostructure to a flow of AICI3 in a gaseous medium.
Dans le cas spécifique où le métal M désigne le titane, le composé à base du métal M de l'étape (b) est généralement introduit : - sous la forme d'une solution aqueuse (ou éventuellement hydroalcoolique) comprenant au moins un sel de titane, de préférence choisi parmi l'acétate de titane, ou TiOCI2 ; - sous la forme d'une solution d'un alcoxyde de titane, ledit alcoxyde de titane ayant de préférence la formule générale Ti (OR) 4, où R désigne un groupement hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, et de préférence un groupement alkyle possédant de 1 à 6 atomes de carbone. In the specific case where the metal M denotes titanium, the compound based on the metal M of step (b) is generally introduced: - in the form of an aqueous solution (or optionally hydroalcoholic) comprising at least one salt of titanium, preferably chosen from titanium acetate, or TiOCI2; - In the form of a solution of a titanium alkoxide, said titanium alkoxide preferably having the general formula Ti (OR) 4, where R denotes a hydrocarbon group, linear or branched, saturated or unsaturated, and preferably a alkyl group having from 1 to 6 carbon atoms.
Dans ce cadre, on préfère là aussi, en règle générale, que le titane soit introduit sous la forme d'espèces présentant une charge globale positive. Ainsi, selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'introduction de titane lors de l'étape (b) s'effectue en imprégnant la structure de l'étape (a) avec une solution hydroalcoolique, de préférence concentrée, comprenant un alcoxyde de titane en association avec un acide avec un ratio H+/Ti dans le milieu hydroalcoolique allant généralement de 0,1 à 4. In this context, it is also preferred, as a general rule, for the titanium to be introduced in the form of species having a positive overall charge. Thus, according to a particularly preferred embodiment, the introduction of titanium during step (b) is carried out by impregnating the structure of step (a) with a hydroalcoholic solution, preferably concentrated, comprising an alkoxide of titanium in combination with an acid with an H + / Ti ratio in the hydroalcoholic medium generally ranging from 0.1 to 4.
De façon générale, dans l'étape (b), que le métal M désigne l'aluminium ou le titane, il est nécessaire que la concentration globale en élément M introduit au sein des zones poreuse soit relativement faible, notamment de façon à ne pas observer une diminution trop importante de la surface spécifique du matériau, voire un colmatage des pores, suite au traitement thermique de l'étape (c). Cette concentration globale est telle que la teneur totale en cations dudit élément M, rapportée à la surface totale développée par la mésostructure, reste, en règle générale, inférieure à 5 micromoles de cation par m2 de surface. De préférence, cette teneur reste au Generally, in step (b), whether the metal M designates aluminum or titanium, it is necessary that the overall concentration of element M introduced into the porous zones is relatively low, in particular so as not to observe an excessive reduction in the specific surface of the material, or even a clogging of the pores, following the heat treatment of step (c). This overall concentration is such that the total content of cations of said element M, relative to the total surface developed by the mesostructure, remains, as a general rule, less than 5 micromoles of cation per m 2 of surface. Preferably, this content remains at
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moins égale à 1 micromole de cation par m2 de surface. La "surface totale du matériau mésostructuré"à laquelle il est fait référence ici est calculée en multipliant la surface spécifique BET, mesurée en m2/g pour le matériau mésostructuré obtenu à l'issue de l'étape (a), par la masse dudit matériau. less than 1 micromole of cation per m2 of surface. The “total surface of the mesostructured material” to which reference is made here is calculated by multiplying the BET specific surface, measured in m2 / g for the mesostructured material obtained at the end of step (a), by the mass of said material.
Dans la plupart des cas, on préfère que, lors de l'étape (b), les composés à base du métal M soient introduits au sein de la mésostructure sous la forme d'une solution, en milieu aqueux ou hydro-alcoolique, ou bien encore au sein d'un solvant organique. Dans ce cadre, de façon à se placer dans les conditions de concentration précitées, la concentration globale C en cations M au sein du milieu qui se retrouve incorporé dans la mésostructure à l'issue de l'étape (b) est en général inférieure à 2 mol/L et elle est de préférence comprise entre 0,1 mol/L et 1,5 mol/L, cette concentration étant avantageusement inférieure ou égale à 1 mol/L. Il est à noter que, dans le cadre du présent procédé, il est possible de réaliser une imprégnation avec des solutions relativement concentrées, la concentration C pouvant être supérieure à 0,5 mol/L, voire à 0,7 mol/L dans la plupart des cas. Pour parvenir à l'incorporation d'une solution présentant une telle concentration C au sein du matériau mésostructuré issu de l'étape (a), l'étape (b) peut être conduite différentes voies possibles. In most cases, it is preferred that, during step (b), the compounds based on the metal M are introduced into the mesostructure in the form of a solution, in an aqueous or hydro-alcoholic medium, or much still in an organic solvent. In this context, in order to be placed under the aforementioned concentration conditions, the overall concentration C in cations M within the medium which is found incorporated in the mesostructure at the end of step (b) is generally less than 2 mol / L and it is preferably between 0.1 mol / L and 1.5 mol / L, this concentration being advantageously less than or equal to 1 mol / L. It should be noted that, in the context of the present process, it is possible to impregnate with relatively concentrated solutions, the concentration C possibly being greater than 0.5 mol / L, or even 0.7 mol / L in the most cases. To achieve the incorporation of a solution having such a concentration C within the mesostructured material resulting from step (a), step (b) can be carried out in different possible ways.
Ainsi, selon une première variante envisageable, l'étape (b) peut être conduite en immergeant le matériau mésostructuré obtenu à l'issu de l'étape (a) au sein d'une solution comprenant l'élément M à une concentration de l'ordre de la concentration C (généralement comprise entre 0,1 et 1,5 mol/L, et avantageusement entre 0,2 et 1 mol/L), puis en filtrant le milieu obtenu. Le solide imprégné recueilli suite à la filtration comprend alors effectivement au sein de ses zones poreuses une solution comprenant un composé du métal M, avec la teneur recherchée en métal M. Thus, according to a first possible variant, step (b) can be carried out by immersing the mesostructured material obtained at the end of step (a) in a solution comprising the element M at a concentration of l order of the concentration C (generally between 0.1 and 1.5 mol / L, and advantageously between 0.2 and 1 mol / L), then by filtering the medium obtained. The impregnated solid collected after filtration then effectively comprises within its porous zones a solution comprising a compound of metal M, with the desired content of metal M.
Selon une autre variante possible, l'étape (b) peut également être conduite en immergeant le matériau mésostructuré obtenu à l'issu de l'étape (a) au sein d'une solution comprenant l'élément M à une concentration proche de la concentration C (en général à une concentration avantageusement comprise According to another possible variant, step (b) can also be carried out by immersing the mesostructured material obtained at the end of step (a) in a solution comprising the element M at a concentration close to the concentration C (in general at a concentration advantageously understood
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entre 0,2 et 1,5 mol/L, et de préférence entre 0,4 et 1,2 mol/L), puis en soumettant le milieu obtenu à une centrifugation. Sous réserve de ne pas conduire la centrifugation dans des conditions trop poussées (typiquement, la centrifugation est réalisée, à raison de 2000 à 5000 tours par minutes, pendant une durée n'excédant généralement pas 30 minutes), le culot de centrifugation obtenu est un solide imprégné qui comprend, au sein de ses zones poreuses, une solution comprenant l'élément M à la concentration recherchée. between 0.2 and 1.5 mol / L, and preferably between 0.4 and 1.2 mol / L), then subjecting the medium obtained to centrifugation. Provided that the centrifugation is not carried out under excessively high conditions (typically, the centrifugation is carried out, at a rate of 2000 to 5000 revolutions per minute, for a duration generally not exceeding 30 minutes), the centrifugation pellet obtained is a impregnated solid which comprises, within its porous zones, a solution comprising the element M at the desired concentration.
Selon une autre variante envisageable, l'étape (b) peut également être conduite en additionnant au matériau mésostructuré obtenu à l'issu de l'étape (a) un volume V d'une solution comprenant l'élément M, ledit volume V étant de l'ordre du volume poreux développé par le matériau, ce par quoi on obtient une pâte. Le mélange s'effectue généralement par malaxage. On soumet ensuite la pâte obtenue à une évaporation du solvant, de préférence de façon lente. Dans ce cas, la quasi-totalité de l'élément M introduit au départ se retrouve au sein de la mésostructure. Dans ce cadre, on préfère en général conduire l'étape (b) en additionnant au matériau mésostructuré obtenu à l'issu de l'étape (a) un volume de solution représentant entre 0,2 et 3 fois le volume du matériau (et représente de préférence au plus 2 fois le volume du matériau), ladite solution comprenant l'élément M à une concentration généralement comprise entre 0,1 et 2 mol/L, puis en évaporant le solvant dans le mélange obtenu. According to another conceivable variant, step (b) can also be carried out by adding to the mesostructured material obtained at the end of step (a) a volume V of a solution comprising the element M, said volume V being of the order of the pore volume developed by the material, whereby a paste is obtained. The mixing is generally carried out by kneading. The paste obtained is then subjected to evaporation of the solvent, preferably slowly. In this case, almost all of the element M introduced at the start is found within the mesostructure. In this context, it is generally preferred to conduct step (b) by adding to the mesostructured material obtained at the end of step (a) a volume of solution representing between 0.2 and 3 times the volume of the material (and preferably represents at most 2 times the volume of the material), said solution comprising the element M at a concentration generally between 0.1 and 2 mol / L, then evaporating the solvent in the mixture obtained.
Quel que soit le mode exact de mise en oeuvre de l'étape (b), le solide imprégné obtenu à l'issu de cette étape est ensuite soumis à une étape (c) de traitement thermique. Cette étape (c) comprend en général un traitement du matériau à une température au moins égale à 300 C, cette température étant de préférence au moins égale à 350 C, des températures supérieures n'étant généralement pas requises pour ce qui est de l'intégration des cations de l'élément M sous forme tétraédrique au sein de la silice de la matrice minérale de la mésostructure réalisée dans l'étape (a). Whatever the exact mode of implementation of step (b), the impregnated solid obtained at the end of this step is then subjected to a step (c) of heat treatment. This step (c) generally comprises a treatment of the material at a temperature at least equal to 300 ° C., this temperature being preferably at least equal to 350 ° C., higher temperatures being generally not required as regards integration of the cations of the element M in tetrahedral form within the silica of the mineral matrix of the mesostructure produced in step (a).
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Toutefois, dans certains cas de figure, il peut être avantageux de réaliser le traitement thermique de l'étape (c) à une température au moins égale à 400 C, voire au moins égale à 500 C, notamment de façon à améliorer certaines caractéristiques physiques et/ou chimiques du matériau (concentrations en sites catalytiques actifs, activités catalytiques spécifiques...), ce qui n'affecte généralement pas de façon excessive la surface spécifique du matériau. Néanmoins, de façon à ne pas remettre en cause le stabilité de la mésostructure, la température du traitement thermique ne doit en général pas dépasser 1000 C, et, de préférence, elle reste inférieure à 950 C, avantageusement inférieure ou égale à 900 C, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 850 C. However, in certain cases, it may be advantageous to carry out the heat treatment of step (c) at a temperature at least equal to 400 C, or even at least equal to 500 C, in particular so as to improve certain physical characteristics. and / or chemical of the material (concentrations in active catalytic sites, specific catalytic activities, etc.), which generally does not excessively affect the specific surface of the material. However, in order not to jeopardize the stability of the mesostructure, the temperature of the heat treatment must generally not exceed 1000 C, and, preferably, it remains below 950 C, advantageously less than or equal to 900 C, and even more preferably less than or equal to 850 C.
De façon optionnelle, notamment dans le cas où le métal M est introduit dans l'étape (b) sous forme d'une solution, l'étape (c) peut comprendre une étape de séchage, préalablement au traitement thermique. Dans ce cas, ce séchage préalable est généralement conduit de la façon la plus lente possible, notamment de façon à favoriser les échanges ioniques. A cet effet, le séchage est le plus souvent conduit à une température comprise entre 15 et 800C, de préférence à une température inférieure à 50 C, voire à 400C, et avantageusement à température ambiante. Ce séchage peut être effectué sous atmosphère inerte (azote, argon) ou sous atmosphère oxydante (air, oxygène) en fonction des composés présents dans le matériau. Dans le cas où le métal M est introduit au sein du matériau sous forme d'un alcoxyde, le séchage est avantageusement conduit sous atmosphère exempte d'eau. Optionally, in particular in the case where the metal M is introduced in step (b) in the form of a solution, step (c) may comprise a drying step, prior to the heat treatment. In this case, this preliminary drying is generally carried out in the slowest possible way, in particular so as to favor the ionic exchanges. To this end, the drying is most often carried out at a temperature between 15 and 800C, preferably at a temperature below 50 C, or even 400C, and advantageously at room temperature. This drying can be carried out under an inert atmosphere (nitrogen, argon) or under an oxidizing atmosphere (air, oxygen) depending on the compounds present in the material. In the case where the metal M is introduced into the material in the form of an alkoxide, the drying is advantageously carried out under a water-free atmosphere.
De façon particulièrement avantageuse, l'étape (c) peut être conduite en soumettant le solide à un gradient de température, d'une température initiale comprise entre 15 et 95 C, à une température finale comprise entre 350 C et 1000 C, avantageusement avec une montée en température comprise entre 0,5 OC par minute et 2 OC par minute, et avec un ou plusieurs paliers successifs de maintien à des températures intermédiaires, de préférence comprise entre 350 et 6000C, pendant des durées variables, généralement comprises entre 1 heure et 24 heures. Particularly advantageously, step (c) can be carried out by subjecting the solid to a temperature gradient, from an initial temperature between 15 and 95 C, at a final temperature between 350 C and 1000 C, advantageously with a rise in temperature of between 0.5 ° C. per minute and 2 ° C. per minute, and with one or more successive stages of maintenance at intermediate temperatures, preferably between 350 and 6000 ° C., for variable durations, generally between 1 hour and 24 hours.
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Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le procédé de l'invention peut comprendre, suite au processus d'imprégnation/traitement thermique des étapes (b) et (c), un ou plusieurs cycles ultérieurs d'imprégnation/traitement thermique mettant en oeuvre des étapes de type (b) et (c), conduites sur le solide obtenu à l'issu du cycle précédent. Par mise en oeuvre de ce type de procédé à plusieurs cycles d'imprégnation/traitement thermique successifs, on parvient à réaliser une très bonne incorporation de l'élément M au sein de la silice de la matrice liante de la mésostructure réalisée dans l'étape (a). On peut également envisager la mise en oeuvre de plusieurs cycles d'imprégnation/traitement thermique mettant en oeuvre pour certains l'aluminium à titre de métal M, et pour d'autres le titane, ce par quoi on peut obtenir des matériaux intégrant à la fois des cations titane et aluminium au sein de leur matrice liante. Dans ce cadre, il est généralement préférable que le premier cycle d'imprégnation/traitement thermique soit conduit en mettant en oeuvre l'aluminium à titre de métal M. According to a particularly advantageous embodiment, the method of the invention can comprise, following the impregnation / heat treatment process of steps (b) and (c), one or more subsequent cycles of impregnation / heat treatment using stages of type (b) and (c), carried out on the solid obtained at the end of the preceding cycle. By implementing this type of process with several successive impregnation / heat treatment cycles, it is possible to achieve very good incorporation of the element M within the silica of the binder matrix of the mesostructure produced in step (at). One can also envisage the implementation of several impregnation / heat treatment cycles using for some aluminum as the metal M, and for others titanium, whereby one can obtain materials integrating with the both titanium and aluminum cations within their binding matrix. In this context, it is generally preferable for the first impregnation / heat treatment cycle to be carried out using aluminum as the metal M.
II est à noter que le ou les processus d'imprégnation/traitement thermique mis en oeuvre peuvent mener, parallèlement à une intégration de l'élément M en position tétraédrique au sein de la matrice, à la formation de cristallites à base d'un composé du métal M, notamment de type oxyde, hydroxyde, oxy-hydroxyde, carbonate ou hydroxy-carbonate, à la surface de la phase liante, et/ou au moins partiellement intégrées dans celle-ci. On peut également observer dans certains cas la formation des clusters ou cristallites à la surface et/ou au sein des particules d'oxydes de cérium, de zirconium ou de titane. It should be noted that the impregnation process (s) / heat treatment used may lead, in parallel to an integration of the element M in a tetrahedral position within the matrix, to the formation of crystallites based on a compound. metal M, in particular of the oxide, hydroxide, oxy-hydroxide, carbonate or hydroxy-carbonate type, on the surface of the binder phase, and / or at least partially integrated therein. We can also observe in some cases the formation of clusters or crystallites on the surface and / or within the particles of cerium, zirconium or titanium oxides.
Selon un mode de réalisation encore plus spécifique, le matériau obtenu à l'issu du ou des cycle (s) d'imprégnation/traitement thermique mettant en oeuvre des étapes de type (b) et (c), peut encore être modifié. Dans ce cadre, le procédé de l'invention peut ainsi comprendre, de façon additionnelle, un ou plusieurs cycles ultérieurs d'imprégnation/traitement thermique analogues aux étapes de type (b) et (c) précédemment décrites, mais mettant en oeuvre une imprégnation par un composé d'un autre métal que le métal M. According to an even more specific embodiment, the material obtained at the end of the impregnation cycle (s) / heat treatment using steps of type (b) and (c), can still be modified. In this context, the method of the invention can thus additionally comprise one or more subsequent cycles of impregnation / heat treatment similar to steps of type (b) and (c) previously described, but using an impregnation by a compound of a metal other than metal M.
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Le procédé comporte alors en général, des étapes (b') et (c'), postérieures aux étapes (b) et (c), et consistant à : (b') introduire, au sein d'au moins une partie des zones poreuses du matériau, un composé d'un métal M'différent du métal M (généralement ledit métal M'sous forme cationique, éventuellement complexée, ou un alcoxyde dudit métal M'), la teneur en ledit élément M'introduit au sein de la structure, rapportée à la surface totale développée par la mésostructure, étant inférieure à 5 micromole de cation par m2 de surface ; et (c') soumettre le matériau ainsi imprégné à une température au moins égale à 300 C, et non supérieure à 10000C.
The method then generally comprises steps (b ') and (c'), subsequent to steps (b) and (c), and consisting in: (b ') introducing, into at least part of the zones porous of the material, a compound of a metal M 'different from the metal M (generally said metal M' in cationic form, possibly complexed, or an alkoxide of said metal M '), the content of said element M' Introduces into the structure, related to the total surface developed by the mesostructure, being less than 5 micromole of cation per m2 of surface; and (c ') subjecting the material thus impregnated to a temperature at least equal to 300 C, and not higher than 10000C.
Dans le cas le plus général, les étapes (b') et (c') peuvent avantageusement être conduites dans les conditions décrites précédemment pour les étapes (b) et (c), sous réserve d'adaptations éventuelles qui s'imposeraient, notamment si le composé à base du métal M'mis en oeuvre dans l'étape (b') présentait une nature physico-chimique spécifique. Dans la plupart des cas, les différents modes d'imprégnation envisagés pour les composés du métal M sont en général transposables à l'imprégnation d'un composé d'un métal M', notamment en ce qui concerne les concentrations à mettre en oeuvre. Les conditions du traitement thermique à mettre en oeuvre pour l'étape (c') sont, en règle générale, les mêmes que celles utilisées dans l'étape (c) définie précédemment. In the most general case, steps (b ') and (c') can advantageously be carried out under the conditions described above for steps (b) and (c), subject to any necessary adaptations, in particular if the compound based on the metal M ′ used in step (b ′) exhibited a specific physicochemical nature. In most cases, the different modes of impregnation envisaged for the compounds of the metal M are generally transposable to the impregnation of a compound of a metal M ', in particular as regards the concentrations to be used. The conditions of the heat treatment to be implemented for step (c ') are, as a general rule, the same as those used in step (c) defined above.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le cycle d'imprégnation/traitement thermique des étapes (b') et (c') peut être mis en oeuvre lorsqu'on souhaite intégrer des composés du lanthane au sein du matériau, notamment sous forme de cations et/ou de clusters à base de lanthane au sein de sa matrice et/ou à la surface de cette matrice, ce qui conduit en particulier à une augmentation de la stabilité thermique du matériau obtenu. Dans ce cas, le métal M'désigne le lanthane. En règle générale, le composé du lanthane mis en oeuvre dans l'étape (b') est de préférence un sel According to a particularly advantageous embodiment, the impregnation / heat treatment cycle of steps (b ') and (c') can be implemented when it is desired to integrate lanthanum compounds within the material, in particular in the form of cations and / or lanthanum-based clusters within its matrix and / or on the surface of this matrix, which in particular leads to an increase in the thermal stability of the material obtained. In this case, the metal M 'denotes the lanthanum. Generally, the lanthanum compound used in step (b ') is preferably a salt
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de lanthane, par exemple le nitrate ou l'acétate de lanthane, et l'étape (b') peut typiquement consister à réaliser une imprégnation du matériau par une solution du sel de lanthane, le pH de ladite solution étant de préférence inférieur à 8 et avantageusement inférieur à 7. Lorsque le métal M'mis en oeuvre dans les étapes (b') et (c') est le lanthane, on observe en général, en plus d'une intégration de lanthane sous forme de cations et/ou de clusters à base de lanthane au sein de sa matrice et/ou à la surface de celle-ci, la formation de cristallites à base de lanthane, qui se localisent généralement à la surface du matériau. Le plus souvent, une partie du lanthane se retrouve également intégrée au sein des particules d'oxydes de cérium ou de zirconium. lanthanum, for example nitrate or lanthanum acetate, and step (b ′) can typically consist in impregnating the material with a solution of the lanthanum salt, the pH of said solution being preferably less than 8 and advantageously less than 7. When the metal M 'used in steps (b') and (c ') is lanthanum, we generally observe, in addition to an integration of lanthanum in the form of cations and / or of lanthanum-based clusters within its matrix and / or on the surface thereof, the formation of lanthanum-based crystallites, which generally locate on the surface of the material. Most often, part of the lanthanum is also found integrated within the particles of cerium or zirconium oxides.
Selon un autre mode de réalisation, utilisable lorsque les particules d'oxyde de cérium, de zirconium ou de titane présentes au sein du matériau sont au moins partiellement cristallines, le cycle d'imprégnation/traitement thermique des étapes (b') et (c') peut avantageusement être mis à profit pour intégrer des cations en solution solide au sein du réseau cristallin de l'oxyde desdites particules. Dans ce cas, le métal M'mis en oeuvre dans les étapes (b') et (c') peut, de façon générale, être choisi parmi tout métal susceptible de pouvoir être intégré à l'état cationique en solution solide dans un oxyde de cérium ou de zirconium ou de titane, à savoir un métal répondant à la définition des éléments dopants M1 de ces oxydes tels qu'ils ont été définis plus haut dans la présente description. De préférence, le métal M'désigne un métal choisi parmi le cérium (notamment lorsque le matériau comprend des particules à base d'oxyde de zirconium au moins partiellement cristallin ou d'oxyde de titane au moins partiellement cristallin), le zirconium (notamment lorsque le matériau comprend des particules à base d'oxyde de cérium au moins partiellement cristallin), ou une terre rare autre que le cérium. Quelle que soit sa nature exacte, ce métal M'est généralement introduit dans le matériau lors de l'étape (b) sous la forme d'un sel, par exemple un nitrate ou encore un acétate, et l'étape (b) peut typiquement consister à réaliser une imprégnation du matériau par une solution de ce sel, le pH de ladite solution étant de préférence compris entre 0 et 8, ce pH étant avantageusement inférieur à 7. Dans le cadre de ce mode de mise en oeuvre According to another embodiment, usable when the particles of cerium oxide, zirconium or titanium present within the material are at least partially crystalline, the impregnation / heat treatment cycle of steps (b ') and (c ') can advantageously be used to integrate cations in solid solution within the crystal lattice of the oxide of said particles. In this case, the metal M 'used in steps (b') and (c ') can, in general, be chosen from any metal capable of being able to be incorporated in the cationic state in solid solution in an oxide. of cerium or of zirconium or of titanium, namely a metal corresponding to the definition of the doping elements M1 of these oxides as defined above in the present description. Preferably, the metal M 'denotes a metal chosen from cerium (in particular when the material comprises particles based on at least partially crystalline zirconium oxide or at least partially crystalline titanium oxide), zirconium (especially when the material comprises particles based on cerium oxide at least partially crystalline), or a rare earth other than cerium. Whatever its exact nature, this metal M is generally introduced into the material during step (b) in the form of a salt, for example a nitrate or an acetate, and step (b) can typically consist in carrying out an impregnation of the material with a solution of this salt, the pH of said solution preferably being between 0 and 8, this pH advantageously being less than 7. In the context of this embodiment
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spécifique, le processus d'imprégnation/traitement thermique des étapes (b') et (c') peut mener, parallèlement à l'intégration de l'élément M'en solution solide au sein des particules d'oxydes, à une intégration de cet élément sous forme cationique ou sous forme de cluster au sein et/ou à la surface de la matrice minérale liante à base de silice. De plus, à l'issue d'une étape de traitement thermique de type (c'), on observe souvent la formation de cristallites à base d'un composé du métal M', notamment de type oxyde, hydroxyde, oxyhydroxyde, carbonate ou hydroxy-carbonate, à la surface de la phase liante, et/ou au moins partiellement intégrées dans celle-ci. On peut également observer la formation des clusters ou cristallites précités à la surface et/ou au sein des particules d'oxydes. specific, the impregnation / heat treatment process of steps (b ') and (c') can lead, in parallel to the integration of the element M 'in solid solution within the oxide particles, to an integration of this element in cationic form or in the form of a cluster within and / or on the surface of the mineral binding matrix based on silica. In addition, at the end of a heat treatment step of type (c '), the formation of crystallites often based on a compound of metal M', in particular of the oxide, hydroxide, oxyhydroxide, carbonate or hydroxy-carbonate, at the surface of the binder phase, and / or at least partially integrated therein. One can also observe the formation of the aforementioned clusters or crystallites on the surface and / or within the oxide particles.
Les étapes (b') et (c') définies ci-dessus peuvent en outre être utilisées pour intégrer au sein du matériau de l'invention un composé d'un métal alcalin ou alcalino-terreux. Dans ce cas, le métal M'est un métal alcalin ou alcalino-terreux, de préférence le baryum ou le potassium, et le composé du métal M'mis en oeuvre est généralement un sel, de préférence un nitrate, un sulfate ou un carbonate, et de préférence un sulfate ou un carbonate, qui est en général introduit dans l'étape (b') sous la forme d'une solution aqueuse, le pH de ladite solution étant de préférence compris entre 0 et 8,5, ce pH étant avantageusement inférieur à 8. Steps (b ') and (c') defined above can also be used to integrate within the material of the invention a compound of an alkali or alkaline earth metal. In this case, the metal M is an alkali or alkaline earth metal, preferably barium or potassium, and the compound of the metal M 'used is generally a salt, preferably a nitrate, a sulfate or a carbonate. , and preferably a sulfate or a carbonate, which is generally introduced in step (b ') in the form of an aqueous solution, the pH of said solution preferably being between 0 and 8.5, this pH advantageously being less than 8.
Les étapes (b') et (c') peuvent également être avantageusement utilisées pour intégrer du manganèse au sein du matériau. Dans ce cas, le métal M'désigne le manganèse, et le composé du métal M'mis en oeuvre est généralement un sel, de préférence un nitrate, qui est en général introduit dans l'étape (b') sous la forme d'une solution aqueuse de pH préférentiellement inférieur à 8. Steps (b ') and (c') can also be advantageously used to integrate manganese within the material. In this case, the metal M 'denotes manganese, and the compound of the metal M' used is generally a salt, preferably a nitrate, which is generally introduced in step (b ') in the form of an aqueous solution of pH preferably less than 8.
Il est en général avantageux de conduire plusieurs cycles successifs mettant en oeuvre des étapes du type des étapes (b') et (c') définies ci-dessus, la nature du métal M'mis en oeuvre pouvant être identique ou non au cours de chacun de ces cycles. Il est toutefois à noter que, dans le procédé de It is generally advantageous to conduct several successive cycles using steps of the type of steps (b ') and (c') defined above, the nature of the metal M'implemented being able to be identical or not during each of these cycles. It should however be noted that in the process of
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l'invention, il est souvent préférable de limiter le nombre de cycles d'imprégnation/traitement thermique du type des étapes (b) et (c) ou (b') et (c'). Ainsi, notamment de façon à ne pas affecter la mésostructure du matériau, il est souvent préférable que le nombre de ces cycles reste inférieur ou égal à 5,4 et de préférence inférieur ou égal à 3. the invention, it is often preferable to limit the number of impregnation / heat treatment cycles of the type of steps (b) and (c) or (b ') and (c'). Thus, in particular so as not to affect the mesostructure of the material, it is often preferable that the number of these cycles remains less than or equal to 5.4 and preferably less than or equal to 3.
Par ailleurs, l'ordre d'intégration des différents éléments de type M'introduits lors de ces cycles successif est parfois déterminant, notamment en ce qui concerne les quantités d'éléments métalliques qu'on peut introduire au sein du matériau. Ainsi, par exemple, si on souhaite synthétiser un matériau selon l'invention comprenant (1) des particules d'oxyde de cérium dopées par un élément métallique de type cérium, zirconium ou terre rare, (2) une matrice à base de silice comprenant des cations et/ou des clusters à base de lanthane et éventuellement (3) un élément alcalin ou alcalino-terreux et/ou du manganèse, les étapes d'intégration respective du dopant (zirconium ou terre rare), du lanthane, du métal alcalin ou alcalino-terreux, et du manganèse s'effectuent de préférence dans l'ordre suivant : 10- intégration du lanthane ; 2"-intégration du dopant ; 30- le cas échéant, intégration du manganèse ; et 40-le cas échéant, intégration du métal alcalin ou alcalino-terreux. Furthermore, the order of integration of the various elements of type M 'introduced during these successive cycles is sometimes decisive, in particular as regards the quantities of metallic elements that can be introduced into the material. Thus, for example, if it is desired to synthesize a material according to the invention comprising (1) particles of cerium oxide doped with a metallic element of the cerium, zirconium or rare earth type, (2) a silica-based matrix comprising cations and / or clusters based on lanthanum and optionally (3) an alkaline or alkaline earth element and / or manganese, the respective integration steps of the dopant (zirconium or rare earth), lanthanum, alkali metal or alkaline earth, and manganese are preferably carried out in the following order: 10- integration of lanthanum; 2 "-integration of the dopant; 30- if necessary, integration of manganese; and 40-if necessary, integration of the alkali or alkaline-earth metal.
De façon générale, dans le procédé de la présente invention, les différentes étapes de traitement thermique, du type des étapes (c) et (c'), qui sont mises en oeuvre dans les processus successifs d'imprégnation/traitement thermique ne nécessitent pas en général la mise en oeuvre de températures supérieures à 500 C. Ceci peut notamment être mis à profit lorsqu'on souhaite intégrer certains composés métalliques sous forme de sels au sein du matériau, ce qui peut par exemple permettre l'intégration de sulfate ou de carbonate de métal alcalin ou alcalino-terreux au sein du matériau de l'invention, dont la présence peut se révéler particulièrement utiles, notamment pour certaines applications catalytiques comme l'absorption, en atmosphère oxydante, d'oxydes azotés, tels que les composés dits NOx. D'autre part, il est également possible, lorsqu'on le souhaite pour d'autres applications catalytiques, de In general, in the process of the present invention, the various heat treatment steps, of the type of steps (c) and (c '), which are implemented in the successive impregnation / heat treatment processes do not require in general the use of temperatures above 500 C. This can in particular be used when it is desired to integrate certain metallic compounds in the form of salts within the material, which can for example allow the integration of sulfate or alkali or alkaline earth metal carbonate within the material of the invention, the presence of which may prove to be particularly useful, in particular for certain catalytic applications such as the absorption, in an oxidizing atmosphere, of nitrogen oxides, such as the so-called compounds NOx. On the other hand, it is also possible, when desired for other catalytic applications, to
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conduire les étapes de traitement thermique à des températures supérieures à 500 C, ce par quoi on observe généralement la formation d'oxydes ou d'hydroxydes métalliques, le plus souvent sous forme de cristallites. Ainsi, le procédé de la présente invention permet de moduler en une assez large mesure les propriétés catalytiques des matériaux susceptibles d'être obtenus selon l'invention. La présente invention permet ainsi d'obtenir une très large gamme de catalyseurs et de supports fonctionnalisés pour espèces catalytiques. conduct the heat treatment steps at temperatures above 500 ° C., whereby the formation of metal oxides or hydroxides is generally observed, most often in the form of crystallites. Thus, the process of the present invention makes it possible to modulate to a fairly large extent the catalytic properties of the materials capable of being obtained according to the invention. The present invention thus makes it possible to obtain a very wide range of catalysts and functionalized supports for catalytic species.
Il est de plus à souligner que, de façon surprenante, en dépit des étapes d'imprégnation/traitement thermique imposées au cours du procédé de l'invention, les solides obtenus dans le cas le plus général présentent une surface spécifique BET qui reste relativement élevée, et qui représente généralement au moins 50 %, avantageusement au moins 60 %, et encore plus préférentiellement au moins 75 % de la surface spécifique BET du matériau mésostructuré obtenu à l'issue de l'étape (a). It should also be emphasized that, surprisingly, despite the impregnation / heat treatment steps imposed during the process of the invention, the solids obtained in the most general case have a BET specific surface which remains relatively high. , and which generally represents at least 50%, advantageously at least 60%, and even more preferably at least 75% of the BET specific surface of the mesostructured material obtained at the end of step (a).
Il est par ailleurs à noter que les différentes étapes d'imprégnation/traitement thermique imposées au cours du procédé de l'invention n'induisent pas une diminution conséquente de l'accessibilité aux particules par rapport à l'accessibilité aux particules présentée dans la mésostructure réalisée dans l'étape (a). Ainsi, lorsque les particules d'oxydes introduites lors de l'étape (a) sont spécifiquement à base d'oxyde de cérium, la réductibilité du matériau obtenu suite aux différentes étapes d'imprégnation/traitement thermique est généralement similaire à celle de la mésostructure obtenue à l'issue de l'étape (a). Ainsi, si on désigne par ta le taux de conversion du cérium IV en cérium H ! mesuré selon le mode opératoire "TPR"précité pour la mésostructure réalisée dans l'étape (a), et par tf le taux de conversion du cérium IV en cérium ! t mesuré selon le mode opératoire"TPR" précité pour le matériau obtenu à l'issu des différentes étapes d'imprégnation/traitement thermique imposées au cours du procédé le rapport tf/ta reste généralement supérieur ou égal à 40%, ce rapport étant le plus souvent au moins égal à 50%, avantageusement au moins égal à 70%, et préférentiellement au moins égal à 80%. It should also be noted that the various stages of impregnation / heat treatment imposed during the process of the invention do not lead to a consequent reduction in accessibility to the particles compared to the accessibility to the particles presented in the mesostructure. performed in step (a). Thus, when the oxide particles introduced during step (a) are specifically based on cerium oxide, the reducibility of the material obtained following the various stages of impregnation / heat treatment is generally similar to that of the mesostructure. obtained at the end of step (a). Thus, if we denote by ta the conversion rate of cerium IV into cerium H! measured according to the above-mentioned "TPR" operating mode for the mesostructure carried out in step (a), and by tf the rate of conversion of cerium IV into cerium! t measured according to the above-mentioned "TPR" operating mode for the material obtained at the end of the various impregnation / heat treatment stages imposed during the process, the tf / ta ratio generally remains greater than or equal to 40%, this ratio being the more often at least equal to 50%, advantageously at least equal to 70%, and preferably at least equal to 80%.
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Compte tenu de leur haute spécificité et de leurs propriétés particulières en termes d'acido-basicité, associées à un caractère réductible, les matériaux de la présente invention se révèlent, de façon générale, particulièrement utiles à titre de catalyseurs hétérogènes, notamment à titre de catalyseurs hétérogènes acido-basiques ou redox. Given their high specificity and their particular properties in terms of acid-basicity, associated with a reducible character, the materials of the present invention prove, in general, particularly useful as heterogeneous catalysts, in particular as heterogeneous acid-base or redox catalysts.
Ces différentes utilisations constituent un autre objet de la présente invention. These different uses constitute another object of the present invention.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront de façon encore plus évidente au vu des exemples illustratifs exposés ci-après. The characteristics and advantages of the present invention will appear even more clearly in the light of the illustrative examples set out below.
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Exemple 1 : Préparation d'un matériau mésostructuré intégrant, au sein d'une matrice minérale liante de silice, des particules nanométriques d'oxyde de cérium, la matrice liante de silice comprenant des cations aluminium en position tétraédrique 1-1. Préparation d'une dispersion colloïdale aqueuse (D) de particules d'oxyde de cérium On a obtenu une dispersion aqueuse de colloïdes cristallisés d'oxyde de cérium Ce02, de diamètre centré sur 5 nm, selon les étapes suivantes : - on a d'abord préparé un précipité à base de CeOz suivant le procédé de thermo-hydrolyse à 100 C d'une solution de nitrate cérique partiellement neutralisée décrit dans la demande de brevet EP 208 580.
Example 1: Preparation of a mesostructured material integrating, within a mineral silica-binding matrix, nanometric particles of cerium oxide, the silica-binding matrix comprising aluminum cations in tetrahedral position 1-1. Preparation of an aqueous colloidal dispersion (D) of cerium oxide particles An aqueous dispersion of crystallized colloids of cerium oxide CeO2, with a diameter centered on 5 nm, was obtained according to the following steps: First prepared a CeOz-based precipitate following the thermo-hydrolysis process at 100 C of a partially neutralized ceric nitrate solution described in patent application EP 208 580.
- on a ensuite dispersé 250 g du précipité de thermohydrolyse obtenu, à 68, 6% en Ce02, dans 200 g eau déminéralisée, puis on a laissé reposer une nuit à température ambiante - On a centrifugé à 4500 tours par minute durant 15 minutes, puis on a lavé et concentré la phase surnageante, par ultrafiltration sur une membrane de 3 KD. 250 g of the thermohydrolysis precipitate obtained, 68.6% of CeO 2, were then dispersed in 200 g of demineralized water, then the mixture was left to stand overnight at ambient temperature. It was centrifuged at 4500 rpm for 15 minutes, then the supernatant phase was washed and concentrated, by ultrafiltration on a 3 KD membrane.
La concentration de la dispersion colloïdale qu'on a obtenue est de 43% en poids, soit de 4, 15 M en Ce02. The concentration of the colloidal dispersion obtained was 43% by weight, ie 4.15 M in CeO2.
1-2. Préparation d'un composé mésostructuré Si02/Ce02 (1) Dans un réacteur, à température ambiante, on a additionné 2 g de Pluronics P123 (copolymère POE (2o)-PPO (7o)-POE (2o)) en provenance de la société BASF et 58, 1 g d'eau déminéralisée. On a ensuite ajouté 16, 9 g d'une solution d'HCI à 2 moles/ litre. Le mélange a été mis sous agitation à l'aide d'un barreau aimantée. Le milieu ainsi obtenu a été maintenu à 37 C. 1-2. Preparation of a mesostructured Si02 / Ce02 compound (1) In a reactor, at room temperature, 2 g of Pluronics P123 (POE (2o) -PPO (7o) -POE (2o) copolymer) from the company were added BASF and 58, 1 g of demineralized water. 16.9 g of a 2 mol / liter HCl solution were then added. The mixture was stirred using a magnetic bar. The medium thus obtained was maintained at 37 C.
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(2) On a additionné, sous agitation et de manière instantanée, 4 g de la dispersion colloïdale (D) précédemment préparée. (2) Was added, with stirring and instantaneously, 4 g of the colloidal dispersion (D) previously prepared.
(3) 2,08 g de TEOS (tétra-éthyl ortho-silicate, MW= 208 g) ont ensuite été additionnés à débit constant en une heure à l'aide d'une pompe (pousse-seringue KDS). (3) 2.08 g of TEOS (tetra-ethyl ortho-silicate, MW = 208 g) were then added at constant rate over one hour using a pump (KDS syringe pump).
Le rapport molaire (Si02/Ce02) introduit est de 50 : 50
L'ensemble réactionnel a été mis sous agitation à température de 37 C pendant 20 heures. On a ensuite transféré la dispersion obtenue dans une enceinte fermée, puis on l'a mise à l'étuve à 80 C pendant une nuit. The molar ratio (Si02 / Ce02) introduced is 50: 50
The reaction assembly was stirred at 37 ° C for 20 hours. The dispersion obtained was then transferred to a closed enclosure, then it was placed in the oven at 80 ° C. overnight.
Le produit solide a été récupéré par centrifugation à 4500 tours par minute puis lavé par un volume d'eau déminéralisée équivalent au volume initial de l'ensemble réactionnel. The solid product was recovered by centrifugation at 4500 rpm and then washed with a volume of demineralized water equivalent to the initial volume of the reaction assembly.
Après séparation par centrifugation, le produit solide a été mis à sécher à température ambiante sous atmosphère d'air. After separation by centrifugation, the solid product was allowed to dry at room temperature under an air atmosphere.
(4) Le produit a été ensuite calciné en température (5000C) pendant 6 heures. La montée en température utilisée a été de 1 C par minute. (4) The product was then calcined at temperature (5000C) for 6 hours. The temperature rise used was 1 C per minute.
Par mesures d'adsorption BET à l'azote, la surface spécifique mesurée pour le composé mésostructuré obtenu est de 380 m2/g et le volume poreux est de 0,37 ml/g. La taille des mésopores est quant à elle de 4 nm. By BET adsorption measurements with nitrogen, the specific surface area measured for the mesostructured compound obtained is 380 m2 / g and the pore volume is 0.37 ml / g. The size of the mesopores is 4 nm.
Par microscopie électronique à transmission sur des échantillons soumis à une ultramicrotomie, on observe une texture ordonnée du matériau. By transmission electron microscopy on samples subjected to an ultramicrotomy, an ordered texture of the material is observed.
Dans la structure mésoporeuse observée sur la figure 3, la distance centre à centre des pores déterminée est de l'ordre de 14 nm. In the mesoporous structure observed in FIG. 3, the center-to-center distance of the pores determined is of the order of 14 nm.
A haute résolution, on distingue des particules parfaitement cristallisées de Ce02, insérés dans les parois de la structure mésoporeuse. Par
analyse chimique localisée, on montre que ces particules de Ce02 sont parfaitement dispersées au sein des parois de Si02. At high resolution, we can distinguish perfectly crystallized particles of Ce02, inserted into the walls of the mesoporous structure. Through
localized chemical analysis, we show that these CeO2 particles are perfectly dispersed within the walls of SiO2.
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1-3. Imprégnation et dopage de la mésostructure obtenue
On a introduit 2 g du matériau mésostructuré obtenu dans l'étape 1-2 dans 50 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 0,25 mol/L en aluminium. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. 1-3. Impregnation and doping of the mesostructure obtained
2 g of the mesostructured material obtained in step 1-2 were introduced into 50 ml of a 0.25 mol / L aluminum nitrate solution in aluminum. This medium was placed under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 800C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 800C for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 4000C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 400 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 4000C, at the rate of a temperature rise of 10C per minute. The solid was then left at 400 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
L'opération d'imprégnation/traitement thermique (immersion dans 50 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 0,25 mol/L en aluminium, agitation durant une heure, centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes, séchage de 16 heures à 25 C, 8 heures d'étuve à 80 C, élévation progressive de la température 1 C par minute jusqu'à 400 C, maintien à 4000C durant 6 heures et décroissance lente de la température) a été renouvelée trois fois sur le solide obtenu. The impregnation / heat treatment operation (immersion in 50 mL of a 0.25 mol / L aluminum nitrate solution in aluminum, stirring for one hour, centrifugation at 4,500 rpm for 15 minutes, drying of 16 hours at 25 C, 8 hours oven at 80 C, gradual rise in temperature 1 C per minute to 400 C, maintenance at 4000C for 6 hours and slow decrease in temperature) was renewed three times on solid obtained.
Par analyse de fluorescence sous rayons X, on détermine les proportions molaires suivantes des cations Ce, Si et AI au sein du matériau obtenu à la suite de ces différentes étapes : (Si : Ce : Al) = (46% : 46% : 8%)
Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenue est mesurée égale à 271 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 4 à 5 nm. By fluorescence analysis under X-rays, the following molar proportions of the Ce, Si and AI cations are determined within the material obtained following these various steps: (Si: Ce: Al) = (46%: 46%: 8 %)
By BET analysis, the specific surface of the product obtained is measured equal to 271 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 4 to 5 nm.
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Par diffraction de rayons X, on observe un spectre attribuables à l'oxyde de cérium pur. By X-ray diffraction, we observe a spectrum attributable to pure cerium oxide.
Par RMN Solide 27 AI, on observe trois raies bien identifiées correspondant à des déplacements chimiques à 50 ppm, 25 ppm et 0 ppm. Le pourcentage d'aluminium sous forme tétraédrique (qui correspond au pic à 50 ppm) est de 40% par rapport à l'aluminium total. By solid NMR 27 AI, three well identified lines are observed corresponding to chemical shifts at 50 ppm, 25 ppm and 0 ppm. The percentage of aluminum in tetrahedral form (which corresponds to the peak at 50 ppm) is 40% compared to total aluminum.
Exemple 2 : Préparation d'un matériau mésostructuré intégrant, au sein d'une matrice minérale liante de silice, des particules nanométriques d'oxyde de cérium, la matrice liante de silice comprenant des cations aluminium en position tétraédrique
On a introduit 2 g d'un matériau mésostructuré comme obtenu dans l'étape 1-2 de l'exemple 1 dans 50 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 1,5 mol/L en aluminium. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. Example 2 Preparation of a Mesostructured Material Integrating, Within a Mineral Silica Binding Matrix, Nanometric Cerium Oxide Particles, the Silica Binding Matrix Comprising Aluminum Cations in the Tetrahedral Position
2 g of a mesostructured material as obtained in step 1-2 of Example 1 were introduced into 50 mL of a 1.5 mol / L aluminum nitrate solution in aluminum. This medium was placed under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 80 C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 80 ° C. for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 1 C par minute. On a alors laissé le solide à 400 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 1 ° C. per minute. The solid was then left at 400 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Par analyse de fluorescence sous rayons X, on détermine les proportions molaires suivantes des cations Ce, Si et AI au sein du matériau obtenu à la suite de ces différentes étapes : (Si : Ce : AI) = (45% : 45% : 10%) By fluorescence analysis under X-rays, the following molar proportions of the Ce, Si and AI cations are determined within the material obtained following these various steps: (Si: Ce: AI) = (45%: 45%: 10 %)
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Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenu a été mesurée égale à 296 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 4 à 5 nm. By BET analysis, the specific surface of the product obtained was measured equal to 296 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 4 to 5 nm.
Par diffraction de rayons X, on observe un spectre attribuables à l'oxyde de cérium pur. By X-ray diffraction, we observe a spectrum attributable to pure cerium oxide.
Par RMN Solide 27 AI, on observe trois raies bien identifiées correspondant aux déplacements chimiques 50 ppm, 25 ppm et 0 ppm. Le pourcentage d'aluminium sous forme tétraédrique (pics à 50 ppm) est de 35 % par rapport à l'aluminium total. By solid NMR 27 AI, three well identified lines are observed corresponding to the chemical displacements 50 ppm, 25 ppm and 0 ppm. The percentage of aluminum in tetrahedral form (peaks at 50 ppm) is 35% compared to total aluminum.
Exemple 3 : Préparation d'un matériau mésostructuré intégrant, au sein d'une matrice minérale liante de silice, des particules nanométriques d'oxyde de cérium, la matrice liante de silice comprenant des cations aluminium en position tétraédrique. Dopage supplémentaire par du lanthane
On a introduit 20 g du matériau mésostructuré comme obtenu dans l'étape 1-2 de l'exemple 1 dans 200 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 1,5 mol/L en aluminium. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. Example 3: Preparation of a mesostructured material integrating, within a mineral silica-binding matrix, nanometric particles of cerium oxide, the silica-binding matrix comprising aluminum cations in tetrahedral position. Additional doping with lanthanum
20 g of the mesostructured material as obtained in step 1-2 of Example 1 were introduced into 200 ml of a 1.5 mol / L aluminum nitrate solution in aluminum. This medium was placed under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 250C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 250C for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 800C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 800C for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 4000C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 10 ° C. per minute. The solid was then left at 4000C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
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Le solide ainsi obtenu a été immergé dans 200 mL d'une solution de nitrate de lanthane à 1 mol/L en lanthane. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. The solid thus obtained was immersed in 200 ml of a lanthanum nitrate solution at 1 mol / L in lanthanum. This medium was placed under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 800C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 800C for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 400 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 10 ° C. per minute. The solid was then left at 400 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Par RMN Solide 27AI, on observe trois raies bien identifiées correspondant aux déplacements chimiques 50 ppm, 25 ppm et 0 ppm. Le pourcentage d'aluminium sous forme tétraédrique (pics à 50 ppm) par rapport à l'aluminium total est estimé de l'ordre de 35 %. By Solid NMR 27AI, three well identified lines are observed corresponding to the chemical displacements 50 ppm, 25 ppm and 0 ppm. The percentage of aluminum in tetrahedral form (peaks at 50 ppm) compared to total aluminum is estimated to be around 35%.
Le solide a ensuite été porté à 800 C à raison d'une montée en température de 1 C par minute. On a alors laissé le solide à 8000C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then brought to 800 C at the rate of a temperature rise of 1 C per minute. The solid was then left at 8000C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Par analyse de fluorescence sous rayons X, on détermine les proportions molaires suivantes des cations Ce, Si et AI au sein du matériau obtenu à la suite de ces différentes étapes :
By X-ray fluorescence analysis, the following molar proportions of the Ce, Si and AI cations are determined within the material obtained following these various steps:
Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenue est mesurée égale à 120 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 5 à 6 nm. By BET analysis, the specific surface of the product obtained is measured equal to 120 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 5 to 6 nm.
<Desc/Clms Page number 47> <Desc / Clms Page number 47>
Par diffraction de rayons X, on observe un spectre légèrement décalé vers les grandes distances inter réticulaires par rapport au spectre d'un oxyde de cérium pur. By X-ray diffraction, we observe a spectrum slightly shifted towards the great inter reticular distances compared to the spectrum of a pure cerium oxide.
Par RMN Solide 27 AI, on observe trois raies bien identifiées correspondant aux déplacements chimiques 50 ppm, 25 ppm et 0 ppm. Le pourcentage d'aluminium sous forme tétraédrique (pics à 50 ppm) par rapport à l'aluminium total est de 35 %. By solid NMR 27 AI, three well identified lines are observed corresponding to the chemical displacements 50 ppm, 25 ppm and 0 ppm. The percentage of aluminum in tetrahedral form (peaks at 50 ppm) compared to total aluminum is 35%.
Exemple 4 : Préparation d'un matériau mésostructuré intégrant, au sein d'une matrice minérale liante de silice, des particules nanométriques d'oxyde de cérium, la matrice liante de silice comprenant des cations titane en position tétraédrique
On a introduit 20 g du matériau mésostructuré comme obtenu dans l'étape 1-2 de l'exemple 1 dans une solution de titanate de butyle Ti (OBu) 4 acidifiée, obtenue par dissolution de 68,2 g de titanate de butyle dans 200 mL d'éthanol et 33 mL d'acide nitrique 15 N. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. Example 4 Preparation of a Mesostructured Material Integrating, Within a Mineral Silica Binding Matrix, Nanometric Cerium Oxide Particles, the Silica Binding Matrix Comprising Titanium Cations in the Tetrahedral Position
20 g of the mesostructured material as obtained in step 1-2 of Example 1 were introduced into a solution of acidified butyl titanate Ti (OBu) 4, obtained by dissolving 68.2 g of butyl titanate in 200 mL of ethanol and 33 mL of 15N nitric acid. This medium was stirred for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 80 C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 80 ° C. for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 4000C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 10 ° C. per minute. The solid was then left at 4000C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
<Desc/Clms Page number 48> <Desc / Clms Page number 48>
Par analyse de fluorescence sous rayons X, on détermine les proportions molaires suivantes des cations Ce, Si et Ti au sein du matériau obtenu à la suite de ces différentes étapes :
By fluorescence analysis under X-rays, the following molar proportions of the Ce, Si and Ti cations are determined within the material obtained following these various steps:
Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenue est mesurée égale à 249 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 5 à 6 nm. By BET analysis, the specific surface of the product obtained is measured equal to 249 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 5 to 6 nm.
Par diffraction de rayons X, on observe un spectre attribuables à l'oxyde de cérium pur. By X-ray diffraction, we observe a spectrum attributable to pure cerium oxide.
Par RMN Solide 27Si, on observe une diminution de l'intensité de la raie correspondant au déplacement chimique des espèces Q4 silicium vers- 110 ppm, en comparaison d'un spectre de référence réalisé sur l'échantillon Si02-Ce02 initial, comme obtenu dans l'étape 1-2 de l'exemple 1. By Solid NMR 27 Si, a reduction in the intensity of the line is observed corresponding to the chemical displacement of the species Q4 silicon towards -110 ppm, in comparison with a reference spectrum produced on the initial sample Si02-Ce02, as obtained in step 1-2 of Example 1.
On a ensuite porté progressivement le solide à 800 C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 800 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 800 ° C., at the rate of a temperature rise of 10 ° C. per minute. The solid was then left at 800 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenue est mesurée égale à 120 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 5 à 6 nm. By BET analysis, the specific surface of the product obtained is measured equal to 120 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 5 to 6 nm.
Par diffraction de rayons X, on observe un spectre de raies attribuables à l'oxyde de cérium pur et la présence de raies attribuables à de l'oxyde de titane de structure anatase. By X-ray diffraction, we observe a spectrum of lines attributable to pure cerium oxide and the presence of lines attributable to titanium oxide of anatase structure.
<Desc/Clms Page number 49> <Desc / Clms Page number 49>
Exemple 5 : Préparation d'un matériau mésostructuré intégrant, au sein d'une matrice minérale liante de silice, des particules nanométriques d'oxyde de cérium, la matrice liante de silice comprenant des cations titane et des cations aluminium en position tétraédrique
On a introduit 20 g du matériau mésostructuré comme obtenu dans l'étape 1-2 de l'exemple 1 dans 200 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 1,5 mol/L en aluminium. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. Example 5 Preparation of a Mesostructured Material Integrating, Within a Mineral Silica Binding Matrix, Nanometric Cerium Oxide Particles, the Silica Binding Matrix Comprising Titanium Cations and Aluminum Cations in the Tetrahedral Position
20 g of the mesostructured material as obtained in step 1-2 of Example 1 were introduced into 200 ml of a 1.5 mol / L aluminum nitrate solution in aluminum. This medium was placed under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 80 C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 80 ° C. for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 1 C par minute. On a alors laissé le solide à 400 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 1 ° C. per minute. The solid was then left at 400 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
On a ensuite immergé le solide obtenu dans 200 mL d'une solution de titanate de butyle acidifiée obtenue par dissolution de 68,2 g de titanate de butyle dans 200 mL d'éthanol et 26,6 mL d'acide nitrique 15 N. On a placé ce milieu sous agitation durant une heure à 25 C. The solid obtained was then immersed in 200 ml of a solution of acidified butyl titanate obtained by dissolving 68.2 g of butyl titanate in 200 ml of ethanol and 26.6 ml of 15 N nitric acid. placed this medium under stirring for one hour at 25 C.
La dispersion réalisée a ensuite été soumise à une centrifugation à 4500 tours par minute durant 15 minutes. The dispersion produced was then subjected to centrifugation at 4500 rpm for 15 minutes.
Le culot de centrifugation a été récupéré puis a été séché en le laissant à l'air libre à 25 C durant 16 heures. The centrifugation pellet was collected and then dried, leaving it in the open air at 25 ° C. for 16 hours.
<Desc/Clms Page number 50> <Desc / Clms Page number 50>
Le solide obtenu a ensuite été placé dans une étuve à 800C pendant 8 heures. The solid obtained was then placed in an oven at 800C for 8 hours.
On a ensuite porté progressivement le solide à 400 C, à raison d'une montée en température de 10C par minute. On a alors laissé le solide à 400 C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid was then gradually brought to 400 ° C., at the rate of a temperature rise of 10 ° C. per minute. The solid was then left at 400 C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Le solide est alors de nouveau calciné à 800 C à raison d'une montée en température de 1 C par minute. On a alors laissé le solide à 8000C pendant 6 heures, puis on a laissé la température décroître progressivement jusqu'à 25 C. The solid is then again calcined at 800 C at the rate of a temperature rise of 1 C per minute. The solid was then left at 8000C for 6 hours, then the temperature was allowed to gradually decrease to 25 C.
Par analyse BET, la surface spécifique du produit obtenue est mesurée égale à 90 m2/g, et la répartition poreuse observée est centrée sur 5 à 6 nm. By BET analysis, the specific surface of the product obtained is measured equal to 90 m2 / g, and the porous distribution observed is centered on 5 to 6 nm.
Par diffraction de rayons X, on observe un spectre de raies attribuables à l'oxyde de cérium pur et la présence de raies attribuables à de l'oxyde de titane de structure anatase. By X-ray diffraction, we observe a spectrum of lines attributable to pure cerium oxide and the presence of lines attributable to titanium oxide of anatase structure.
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| ARONSON B J ET AL: "SOLUTION-PHASE GRAFTING OF TITANIUM DIOXIDE ONTO THE PORE SURFACE OF MESOPOROUS SILICATES: SYNTHESIS AND STRUCTURAL CHARACTERIZATION", CHEMISTRY OF MATERIALS, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, WASHINGTON, US, vol. 9, no. 12, 1 December 1997 (1997-12-01), pages 2842 - 2851, XP000729213, ISSN: 0897-4756 * |
| DAPURKAR S E ET AL: "Nanosized metal oxides in the mesopores of MCM-41 and MCM-48 silicates", CATALYSIS TODAY, AMSTERDAM, NL, vol. 68, no. 1-3, 1 July 2001 (2001-07-01), pages 63 - 68, XP002217205 * |
| FUKUOKA, A. ET AL: "'Ship-in-bottle' synthesis of platinum carbonyl clusters in titania- or zirconia-modified mesoporous channels of FSM-16. Structural characterization and catalysis in CO hydrogenation", INORGANICA CHIMICA ACTA, vol. 294, no. 2, 1999, pages 281 - 284, XP002225303 * |
| KLOESTRA, K. R. ET AL: "Novel isomerization of.omega.-phenylalkanals to phenyl alkyl ketones over cesium (lanthanum) oxide supported on mesoporou aluminosilicate molecular sieves and related materials", CATALYSIS LETTERS, vol. 47, no. 3,4, 1997, pages 235 - 242, XP002225304 * |
| MOLLER K ET AL: "INCLUSION CHEMISTRY IN PERIODIC MESOPOROUS HOSTS", CHEMISTRY OF MATERIALS, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, WASHINGTON, US, vol. 10, no. 10, 1 October 1998 (1998-10-01), pages 2950 - 2963, XP000782396, ISSN: 0897-4756 * |
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