Equipe Traitement catalytique et Energie propre (TCEP)

Activités de recherche

La thématique de l’équipe TCEP concerne « la catalyse hétérogène appliquée à l’environnement et à l’énergie».

La catalyse est explorée pour l’élimination des polluants atmosphériques en produits inoffensifs, pour la purification et la valorisation du CO2 et également pour le développement de solutions alternatives permettant de transformer la biomasse en énergie propre. Ces traitements et valorisations sont aussi bien appliqués aux effluents agricoles, industriels et automobiles pour proposer des solutions/préventions à la source.

Pour toutes ces recherches, nous nous orientons vers les oxydes de métaux peu onéreux et en utilisant si possible des matériaux biosourcés ou naturels qui pourront être préparés par des voies non conventionnelles (micro-ondes, ultrasons…).

Au niveau fondamental, nous utilisons les méthodes de caractérisation physico-chimique « in situ » ou « operando » disponibles (IR, UV-vis, RPE) pour affiner les modèles réactionnels actuels. De façon complémentaire, nous développons les études cinétiques et en régime transitoire pour optimiser l’efficacité des procédés.

Traitement/purification catalytique des polluants atmosphériques (COV, SUIES, NOx, CO, HAP, CO2)

L’équipe s’est axée sur le traitement des polluants pris séparément mais également pour des émissions simultanées de COV, de NOx, de CO, de suies. Ces émissions constituent une préoccupation commune pour le transport, pour de nombreux industriels utilisant notamment des procédés à haute température et également pour le résidentiel.

D’autre part, dans un contexte actuel de développement du chauffage domestique au bois pour la transition énergétique, il faut prendre en considération la problématique environnementale qui lui est associé. Nous développons donc maintenant des matériaux catalytiques à base de métaux de transition peu onéreux pour le traitement simultanée des polluants CO, COV et HAP.

La problématique concernant le réchauffement climatique et plus spécifiquement le devenir du CO2 est un challenge d’avenir. La captation ou l’utilisation du CO2 pour la production de molécules à valeur ajoutée (méthane, méthanol,…) jouera un rôle important dans le futur mais les sources de CO2 sont  généralement mélangées à d’autres polluants (NOX, CO…). Nous travaillons sur une purification catalytique du CO2 issu de l’oxycombustion.

 

Valorisation énergétique

Pour la valorisation énergétique du CO2, nous élaborons des catalyseurs permettant l’activation du CO2 pour la méthanation.

D’autre part, la gestion et la valorisation des déchets ménagers constituent également à l’heure actuelle un enjeu économique, environnemental et énergétique considérable. Or l’hydrogène est souvent présenté comme un des vecteurs énergétiques du futur, et aussi comme le combustible idéal des piles à combustible. Parmi les approches proposées dans le but de produire de l’hydrogène on note, le reformage, processus qui permet de valoriser le biogaz et autres composés issu de la fermentation des déchets et de diminuer les émissions des gaz à effet de serre. Le principal problème rencontré lors des réactions catalytiques de reformage est la désactivation du catalyseur pour plusieurs raisons liées à divers mécanismes.

Les objectifs visés dans cette thématique de recherche sont multiples. En jouant sur les paramètres tels que la basicité des catalyseurs, le type de phase active, la morphologie des particules métalliques, nous travaillons sur le développement de nouveaux systèmes catalytiques actifs et stables pour la valorisation énergétique des déchets afin de contribuer à une meilleure compréhension des différents facteurs qui contrôlent les réactions de reformage du biogaz dans le but d’obtenir une amélioration significative de leur stabilité sous mélange réactionnel. L’impact des impuretés qui se trouvent dans le biogaz nous a emmenés à élargir nos investigations vers le reformage des COV, du glycérol ainsi que l’étude de leur impact toxicologique.

 

Membres de l’équipe

Collaborations scientifiques

Nationales :

  • Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (Univ. Lille I)
  • Laboratoire de Réactivité de Surface (Univ. Paris VI)
  • Institut de Chimie des milieux et matériaux de Poitiers (Univ. Poitiers)
  • Laboratoire de gestion des risques et environnement (Univ. Haute Alsace)
  • Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé  (Univ. de Strasbourg)
  • Laboratoire de Sécurité des procédés Chimiques,EA 4704(INSA de Rouen)

Internationales :

  • Institute of Catalysis, Académie bulgare des sciences de Sofia, Bulgarie
  • Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques de l’Université de Namur, Belgique
  • Laboratoire de thermodynamique et physique mathématique ; Université de Mons, Belgique
  • State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Laboratory of Living Materials, Wuhan University of Technology, Chine
  • Petroleum Chemistry Key Laboratory – Industrial Chemical Institute Vietnam National University, Vietnam
  • Université Libanaise, Liban
  • Université De Balamand, Liban
  • American University of Beyrouth, Liban
  • Université Saint Esprit à Kaslik, Liban
  • Laboratoire de Catalyse et Synthèse en Chimie Organique, Université de Tlemcen, Algérie
  • Department of Applied Physics, Université de Gand (Belgique)
  • Department of Environmental and Chemical Engineering, Université d’Oulu (Finlande)
  • Inorganic Chemistry Department, Université de Séville (Espagne)

Thèses

Prénom NOM

Période

Titre

Cynthia ABOU SERHAL2015-2018Oxydation totale des Composés Organiques Volatils (COV) et réduction simultanée des NOx sur des catalyseurs à base de métaux de transition préparés par voie hydrotalcite
Eliane DAHDAH2015-2018Reformage catalytique du glycérol pour la production d’hydrogène
Nathalie ELIA2015-2018Valorisation énergétique du CO2 par voie catalytique

Hadi DIB

2016-2019

Traitement catalytique des émissions issues de la combustion du bois d’un foyer fermé domestique

Muriel CHAGHOURI

2017-2020

Purification de biogaz par biofiltration et valorisation énergétique par reformage catalytique

Rebecca EL KHAWAJA

2017-2020

Etude de matériaux nanostructurés pour le traitement des composés organiques volatils (COV) industriels

Rita MAHFOUZ

2017-2020

Applications de nanoparticules à structure déterminée dans des réactions d’intérêts environnementaux

Contrats de Recherche

  • 2016-2018 : Projet Innocold : «« Oxycombustion par voie catalytique / Valorisation énergétique de CO2 »  partenaire : EDF LNG Dunkerque.
  • 2016-2020 : Interreg V France – Wallonie – Vlaanderen : projet « DepollutAir : Couplages innovants de techniques de traitement des Composés Organiques Volatils (COV) : nouvelles voies pour améliorer la qualité de l’air », Porteur : UCEIV ; Partenaires: Université de Lille, Université de Mons (Belgique), Université de Namur(Belgique), Université de Gand (Belgique) + TIM SA et Volvo Cars : Projet transversal avec l’équipe CTEA.
  • 2018-2019 : Projet IRENE : « Étude exploratoire d’un procédé d’oxydation catalytique pour la remédiation d’effluents industriels chargés en COV oxygénés » ; partenaire : Ryssen Alcools
  • 2017-2021 : Projet ABIOVAL : « Valorisation énergétique du biogaz » ; Porteur UCEIV ;  partenaires : Neo Eco, Ceft Prodeval, Opale Environnement, ADEME, FEDER

Publications récentes

  • Hany, M. Skaf, S. Aouad, C.Gennequin, M. Labaki, E.Abi-Aad, A. Aboukaïs ; Correlation between the size and the magnetic properties of Ag2+ clusters loaded on ceria surface and their catalytic performance in the total oxidation of propylene. EPR study; Chemical Physics 502, pp 1-5 2018.
  • Brunet, E. Genty, C. Barroo, F. Cazier, C. Poupin, S. Siffert, D. Thomas, G. De Weireld, T. Visart de Bocarmé and R. Cousin; The CoAlCeO Mixed Oxide: An Alternative to Palladium-Based Catalysts for Total Oxidation of Industrial VOCs: Catalysts 8 pp 64; 2018, doi:10.3390/catal8020064.
  • Lu, X. Cheng, G. Tian, H. Zhao, L. He, J. Hu, S.-M. Wu, Y. Dong, G.-G. Chang, S. Lenaerts, S. Siffert, G. Van Tendeloo, Z.-Fei Li, L.-L. Xu, X.-Y. Yang, B.-L. Su ; Hierarchical CdS/m-TiO2/G ternary photocatalyst for highly active visible light-induced hydrogen production from water splitting with high stability; Nano Energy, 47, pp. 8–17 2018.
  • Hany, M. Skaf, S. Aouad, C.Gennequin, M. Labaki, E.Abi-Aad, A. Aboukaïs EPR simulation to confirm the formation of Ag6O5 complex on the surface of 10% Ag/CeO2 catalyst after the propylene oxidation reaction: Chemical Physics Letters 703, pp 94-96 2018.
  • Hany, M. Milochova, K. Littrell, R. Lorange, J.-B. Vogt, E. Abi-Aad, E. Bychkov ; Advanced characterization of cryogenic 9Ni steel using synchrotron radiation, neutron scattering and 57Fe Mössbauer spectroscopy; Materials & Design (in press) 2018 doi.org/10.1016/j.matdes.2018.03.024
  • Genty, S. Siffert, R. Cousin, Investigation of reaction mechanism and kinetic modelling for the toluene total oxidation in presence of CoAlCe catalyst; Catalysis Today (in press) 2018 doi: 10.1016/j.cattod.2018.03.018
  • Al Zallouha, Y. Landkocz, J. Brunet, R. Cousin, E. Genty, D. Courcot, S. Siffert, P. Shirali, S.Billet: Usefulness of toxicological validation of VOCs catalytic degradation by air liquid interface exposure system : Environmental Research 152 ; PP. 328–335 2017.
  • Abou Rached, C. El Hayek, E. Dahdah, C.Gennequin, S. Aouad, H.L. Tidahy, J. Estephane, B.Nsouli,A. Aboukaïs, E. Abi-Aad, Ni based catalysts promoted with cerium used in the steam reforming of toluene for hydrogen production : International Journal of Hydrogen Energy, 42 (17), pp. 12829-12840 2017.
  • Tanios, S. Bsaibes, C. Gennequin, M. Labaki, F. Cazier, S. Billet, H.L.Tidahy, B. Nsouli, A. Aboukaïs, E.Abi-Aad, Syngas production by the CO2 reforming of CH4 over Ni–Co–Mg–Al catalysts obtained from hydrotalcite precursors: International Journal of Hydrogen Energy, 42 (17), pp. 12818-12828. 2017.
  • Dahdah, J. Abou Rached, S. Aouad, C. Gennequin, H.L. Tidahy, J. Estephane, B.Nsouli, A. Aboukaïs, E. Abi-Aad, CO2 reforming of methane over NixMg6−xAl2 catalysts: Effect of lanthanum doping on catalytic activity and stability: International Journal of Hydrogen Energy, 42 (17), pp. 12808-12817, 2017.
  • Homsi, J. Abou Rached, S.Aouad,C. Gennequin, E. Dahdah, J. Estephane, H.L. Tidahy, A. Aboukaïs, E.Abi-AadSteam reforming of ethanol for hydrogen production over Cu/Co-Mg-Al-based catalysts prepared by hydrotalcite route: Environmental Science and Pollution Research, 24 (11), pp. 9907-9913, 2017.