Total oxidation of VOCs on Pd and/or Au supported on TiO2/ZrO2 followed by “operando” DRIFT

Catalytic performances of nanostructured mesoporous TiO2–ZrO2 mixed oxides impregnated by Pd and/or Au were studied in toluene total oxidation in a fixed bed microreactor and with “operando” DRIFT. Mesoporous TiO2–ZrO2 mixed oxides with various Ti:Zr mole ratio of 80/20, 50/50 and 20/80, high surface areas were synthesised using a mixture of zirconium propoxide and titanium isoporopoxide as Zr and Ti sources and also CTMABr as surfactant. The new supports are impregnated by 0.5 or 1.5 wt% of palladium and 1 wt% of gold using impregnation and Deposition–Precipitation methods. The catalytic activity for the nanostructured mesoporous TiO2−–ZrO2 mixed oxides varies depending on the molar ratio of Ti:Zr and also for all series of the studied catalysts impregnated by Pd and/or Au, when the gold is loaded firstly the activity in toluene complete oxidation is higher than when Pd was deposited firstly (PdAu/TZ > 1.5Pd/TZ > AuPd/TZ > Pd/TZ > Au/TZ > TZ). The highest activity of PdAu/TZ (80/20) can be related to the higher acid sites density of the support and also to the presence of a synergetic effect between palladium and gold. “Operando” DRIFT allowed following the VOCs oxidation but also suggesting an interaction between the adsorbed molecule and the catalyst which decreases when the activity for oxidation reaction increases.

RésuméLa performance catalytique de mésoporeux TiO2–ZrO2 nanostructurés avec des rapports molaires Ti/Zr de 80/20, 50/50 et 20/80 ont été testés dans l'oxydation totale du toluène dans un microréacteur fixe et par IRTF en réflexion diffuse «operando». Les mésoporeux TiO2–ZrO2 ont été synthétisés en utilisant un mélange de propoxyde de zirconium et isopropoxyde de titane comme sources de Zr et Ti et de CTMABr comme surfactant. 0,5 ou 1,5% en masse de Pd et 1% d'or ont été déposés sur les supports préparés par imprégnation et par la méthode déposition–précipitation respectivement. L'activité catalytique varie en fonction du rapport molaire Ti/Zr et quelque soit le support, celle-ci suit l'ordre suivant : PdAu/TZ > 1.5Pd/TZ > AuPd/TZ > Pd/TZ > Au/TZ > TZ. La plus grande activité de PdAu/TZ 80/20 peut être reliée à une plus grande densité de sites acides du support et aussi à la présence d'un effet de synergie entre le palladium et l'or. La réaction catalytique suivie par IR «operando» a permis de suivre l'oxydation de COV mais aussi suggérer une interaction entre la molécule adsorbée et la catalyseur qui diminue quand l'activité catalytique augmente.