E.P.M.A. study of the spatial distributions and of the migrations of the elements of CuO/ZnO/Al₂O₃ and CuO/ZnO/Al₂O₃/K₂O catalysts : influence of the processes : activation (N₂/H₂) and catalytic tests (CO₂/H₂)

¹ E.N.S.B.A.N.A., Campus Universitaire, 21000 Dijon, France ;
² Laboratoire de Physico-Chimie des Solides, E.N.S.C.L., U.S.T.L.F.A., B.P. 108, 59652 Villeneuve d’Ascq Cedex, France.

Abstract

Two series of catalysts: CuO/ZnO/Al₂O₃ and CuO/ZnO/Al₂O₃/K₂O (catalysts for the methanol synthesis from hydrogenation of carbon dioxide) exhibit, in a macroscopic scale, an heterogeneity of their distributions of copper, zinc and aluminium in the pellet whatever are treatments that precede the E.P.M.A., the distribution of potassium in the last series of samples being always homogeneous. A comparative study of these materials with the commercial I.C.I. catalyst shows that the process : activation under N₂/H₂, leads to the migration of copper from the "surface" towards the bulk of every pelletized samples, a same migration of the potassium being observed in catalysts of the last series. The original result of the study is that, when hydrogenating carbon dioxide, the dynamic redistribution of the elements, observed with the I.C.I. catalyst, does not arises with our catalytic materials. Migrations of potassium from the bulk towards the surface of the pelletized catalysts of the last series is put forward.

Résumé

Des catalyseurs appartenant aux systèmes CuO/ZnO/Al₂O₃ et CuQ/ZnO/Al₂O₃/K₂O (catalyseurs de synthèses du méthanol par hydrogénation sélective du dioxyde de carbone.) présentent, à une échelle macroscopique, des hétérogénéités de leurs distributions en cuivre, en zinc et en aluminium au sein de la pastille quel que soit le traitement préalable à la microanalyse par sonde électronique ; une distribution homogène du potassium dans la dernière famille d’échantillons est toujours observée. L’étude comparative de ces matériaux avec le catalyseur commercial I.C.I. nous montre que le processus d’activation entraîne la migration de l’élément cuivre de la surface des échantillons vers le coeur des pastilles, un déplacement similaire du potassium étant observé dans les catalyseurs contenant cet élément; le résultat original de la présente étude réside dans le fait que la redistribution dynamique des éléments, caractéristique du catalyseur I.C.I. lors de l’hydrogénation du dioxyde de carbone, n’est pas observée avec les matériaux préparés au Laboratoire ; seules des migrations du potassium du coeur vers la "surface" des pastilles des échantillons de la dernière famille étant mises en évidence.