Abstract :
[fr] Un procédé de synthèse de matériaux carbonés poreux de texture contrôlée a été mis au point. La méthode consiste en la préparation d’un gel aqueux résorcinol-formaldéhyde suivie du séchage et de la pyrolyse du gel. L’étude approfondie des conditions de synthèse a permis de remplacer le séchage supercritique ou la lyophilisation, les deux techniques utilisées pour le séchage de ces matériaux, par le séchage convectif sous air, procédé plus simple, moins coûteux, et envisageable à l’échelle industrielle. En effet, bien qu’un séchage par simple évaporation du solvant, sans prétraitement du gel, conduise souvent à la contraction du matériau en raison des tensions capillaires, il est tout à fait possible de conserver un volume poreux élevé dans certains cas. La taille des pores obtenus après séchage et après pyrolyse est complètement déterminée par les variables de synthèse du gel, principalement le pH de la solution, mais aussi le taux de dilution lorsque le gel ne subit pas de retrait au séchage. De plus, des monolithes sont aisément préparés. De manière générale, la taille des pores peut être fixée dans une gamme s’étendant de 2 nm à une dizaine de µm en choisissant correctement la valeur des variables de synthèse. Afin d’optimiser le procédé, il est possible de coupler le séchage avec la pyrolyse, et de réduire la durée de ces deux étapes entre quatre et huit heures pour des monolithes de plusieurs cm3.
Dans le cadre d’applications en catalyse hétérogène, ces matériaux carbonés offrent plusieurs avantages vis-à-vis des charbons actifs généralement utilisés en tant que supports. Outre le fait que la texture poreuse et la teneur en impuretés soient entièrement contrôlables, ces matériaux présentent une très bonne résistance mécanique, peuvent être préparés sous diverses formes par moulage, et sont très hydrophiles, ce qui facilite l’imprégnation lorsque l’eau est utilisée comme solvant. De plus, leur faible teneur en groupements oxygénés après réduction permet de conserver une bonne dispersion du métal, notamment du platine. Enfin, les résultats des tests catalytiques effectués sur des catalyseurs bimétalliques Pd-Ag supportés sur des xérogels de carbone de texture poreuse différente ont montré qu’il est possible d’éliminer les limitations diffusionnelles fréquemment rencontrées dans les charbons actifs, qui sont essentiellement microporeux, en choisissant un matériau dont la taille des pores est adaptée à la réaction chimique.
Enfin, l’insertion du métal dans le matériau directement lors de l’étape de synthèse du gel a été tentée de manière à simplifier le procédé de synthèse de catalyseurs supportés. Malheureusement, il s’avère difficile d’obtenir des petites particules de métal bien dispersées sur le support, le métal étant souvent réduit localement par le formaldéhyde malgré la présence d’un complexant. En utilisant un complexant du métal capable de s’insérer dans le réseau polymérique, il est possible de maintenir le métal sous la forme de nanoparticules (~5 nm) emprisonnées dans les nodules de carbone, mais le métal n’est pas accessible. Par conséquent, la seule méthode de synthèse de catalyseurs supportés sur xérogels de carbone reste, à l’heure actuelle, l’imprégnation d’un support préexistant.
