Axel Löfberg

Chargé de recherches CNRS

Catalyse Hétérogène

Bâtiment : C3

Bureau : 010

Téléphone : (+33) 03 20 43 45 27

Fax : (+33) 03 20 43 65 61

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Adresse : Université Lille 1
Cité Scientifique, Bâtiment C3
59650 Villeneuve d'Ascq Cedex
France

Thèmes de recherche

Oxydation sélective des alcanes: - optimisation des performances catalytiques (conversion, sélectivité) par le découplage rédox: réacteur à alimentation périodique, réacteur à membrane dense catalytique - développement de réacteurs à parois catalytique et de réacteurs structurés

Recherches actuelles

Mon activité de recherche se situe dans le Groupe Alcanes/Biomasse et plus spécifiquement dans la valorisation des hydrocarbures en oxydation sélective (Equipe Catalyse hétérogène). Elle s’inscrit dans une démarche intégrant le développement de matériaux catalytiques et celui de leur mise en œuvre dans des réacteurs originaux. Ainsi, le découplage rédox de la réaction d’oxydation sélective dans un réacteur à membrane dense implique le développement de matériaux conducteurs par ion oxyde. De même, l’optimisation des propriétés d’écoulement dynamiques et d’échange thermique dans réacteurs structurés, implique la mise au point de nouveau mode de préparation de revêtements catalytiques. Ces deux exemples constituent les principaux axes de recherche développés. Application du principe du découplage rédox en catalyse d'oxydation sélective d'alcanes: développement de réacteur à membrane dense catalytique. Ce sujet fait l'objet d'un "projet transversal" au sein de l'UCCS. Il concerne l’étude des propriétés catalytiques de membranes denses à base de BiMeVOx ou d’autres matériaux conducteurs par ion oxyde (O2-) pour l'oxydation sélective d’alcanes (CH4, C2H6, C3H8) ou d’oléfines (C2H4, C3H6) du propane et/ou la formation de gaz de synthèse. Utiliser un réacteur dont le catalyseur est mis en forme d’une membrane dense (RCMD) permet de découpler les deux étapes du mécanisme redox si la membrane catalytique est conductrice par ion oxygène (O2-) et semi-conductrice n ou p. La membrane dense catalytique sépare de façon étanche deux compartiments alimentés respectivement par le gaz réactif et/ou inerte, et par un mélange de rapport O2/N2 variable. La réactivité dépend du gradient de pression partielle d’oxygène, ainsi que des vitesses relatives des phénomènes diffusionels et superficiels. Le montage original permet de déterminer plusieurs fonctions du solide en même temps : la semi-perméabilité à l'oxygène (jauge électrochimique à oxygène), les propriétés catalytiques (spectrométrie de masse quadripolaire en ligne) et la polarisation électrochimique (potentiomètre) au cours du fonctionnement sous réactif. Les études de chaque échantillon étant particulièrement longues (plusieurs semaines, voire un mois), un second réacteur partageant les moyens analytiques a été ajouté en 2006. L'installation permet donc d'effectuer simultanément le développement des catalyseurs de type BIMEVOX et la recherche exploratoire de nouveaux matériaux conducteurs pour cette application. Une thèse (C. Kongmark-Bourse d’état - Thaïlande) est actuellement en cours sur ce sujet. Dans ce contexte, le développement de matériaux à base de molybdates de bismuth (qui présentent des effets de synergie dans l’oxydation du propène en acroléine) a permis de démarrer en 2007 une collaboration avec l’University College of London (Prof. G. Sankar). L’objectif est comprendre la genèse de molybdates de bismuth en synthèse hydrothermale par suivi in situ sous rayonnement synchrotron par DRX, XANES et Raman combinés (cf. Projet transversal Membranes). La réactivité de mélanges mécaniques molybdates de Bi-molybdate d’autres cations en fonction de la température est également en cours d’examen. [PHC (ex PAI) – Alliance (GB), 15139WK, 2006-2007 et 2007-2008 : Structure of disordered nano-oxide catalysts. Pr. G. Sankar, University College of London]. Réacteurs à paroi catalytique – réacteurs structurés Les réacteurs catalytiques structurés sont particulièrement intéressants pour mettre en œuvre des réactions exothermiques car les transferts de chaleur et de matière sont mieux contrôlés que dans les réacteurs à lit fixe usuels. Chaque système catalyseur/substrat/réaction constitue un cas particulier nécessitant une étude approfondie des conditions de préparation, de caractérisation et de mise en œuvre. Parmi les systèmes étudiés, un catalyseur V2O5/TiO2, dont les applications en oxydation ménagée d’hydrocarbures (ou en réduction sélective des NOx) sont bien connues a été déposé sur des surfaces ou structures en acier inoxydable (matériau préféré des réacteurs industriels en raison de ses bonnes propriétés de conductivité thermique, de facilité d'usinage, d’inertie chimique, de coût relativement faible, etc.). La MEB et la spectroscopie Raman qui permettent d’analyser directement les plaques avec leur faible épaisseur de dépôt, et la spectroscopie de photoélectrons X (SPX) ont été utilisées de façon intensive. Des tests de tenue mécanique et chimique (vieillissement sous cyclage gazeux) ont été mis au point, des réacteurs originaux ont été conçus et des catalyseurs en poudre ont été aussi préparés pour comparaison des propriétés catalytiques. Ces travaux se poursuivent dans le cadre d’un projet ANR afin, notamment, de transposer les techniques développées pour des surface planes (parois) à des objets structurés (mousses métalliques) et de palier certains inconvénients mis en évidence, en particulier la migration d’espèces chimique (notamment le fer) depuis le substrat vers la surface catalytique. Des méthodes chimiques différentes ont été mises au point pour fonctionnaliser des plaques : greffage, dépôt par wash-coat, dépôt par plasma, … Ces travaux s’inscrivent dans un projet ANR. [ANR blanc « Dépôts catalytiques pour réacteurs micro et millistructurés (Millicat) », avec V. Meille (LGPC, CPE Lyon), Ph. Supiot et B. Mutel (GéPIFREM, USTL), porteur E. Bordes-Richard (2006-2008) : contrat de thèse A. Essakhi.]

Parcours de recherche

1997 : Chargé de Recherche CNRS (URA402, puis UMR8010, puis UMR8181), rattaché au groupe « oxydation »

1996-1997 : Post-doc à l’URA 402 (futur UCCS) dans le cadre d’un contrat industriel (PétroFina) pour l’étude exploratoire des propriétés des catalyseurs de type carbures et nitrures pour les réactions d’hydrotraitement

1996 : Doctorat en Sciences (chimiques) Université Libre de Bruxelles

Thèse principale : "Le carbure de tungstène en catalyse : Étude de la préparation de catalyseurs massiques et de leurs propriétés pour les réactions alcane-deutérium"

Thèse annexe : "Une étude microscopique et spectroscopique en chimie des surfaces permettrait d’élucider l’état chimique de l’oxygène contenu dans le volume du catalyseur lors de la réaction de réduction du NO en régime cinétique oscillatoire."

Directeur de thèse : Prof. A. Frennet

Lauréat du Prix Stas de l’Académie royale des Sciences, Lettres et Beaux-Arts de Belgique (Décembre 1996)

Autres activités

  • Secrétaire du « 6th World Congress on Oxidation Catalysis » (Lille, 5-10 juillet 2009)
  • Sauveteur Secouriste du Travail
  • Gestionnaire des gaz (Bâtiment C3)

Publications

Dans la base de données : 24
  • 2017

  • Catalytic activity in the oxidative dehydrogenation of ethane over Ni and/or Co molybdate catalysts: Synthesis and characterization.
    Boukhlouf Hamza, Barama Akila, Benrabaa Rafik, Caballero Jesus Guerrero, Löfberg Axel, Bordes-Richard Elisabeth.
    Comptes Rendus Chimie, vol. 20, pg. 30-39 (2017) DOI
     
  • Ni/CeO 2 based catalysts as oxygen vectors for the chemical looping dry reforming of methane for syngas production.
    Löfberg Axel, Guerrero-Caballero Jesús, Kane Tanushree, Rubbens Annick, Jalowiecki-Duhamel Louise.
    Applied Catalysis B: Environmental, vol. 212, pg. 159-174 (2017) DOI
     
  • Physico-chemical properties and syngas production via dry reforming of methane over NiAl 2 O 4 catalyst.
    Benrabaa Rafik, Barama Akila, Boukhlouf Hamza, Guerrero-Caballero Jesús, Rubbens Annick, Bordes-Richard Elisabeth, Löfberg Axel, Vannier Rose-Noëlle.
    International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, pg. 12989-12996 (2017) DOI
     
  • 2016

  • A Performant Dry Reforming Catalytic System Elaborated from the Reductive Decomposition of BaNi2 V2 O8.
    Guerrero-Caballero Jesus, Löfberg Axel, Mentré Olivier, Kane Tanushree, Pussacq Tanguy, Roussel Pascal, Huvé Marielle, Trentesaux Martine, Gardoll Olivier, Kabbour Houria.
    ChemistrySelect, vol. 1, pg. 5633-5637 (2016) DOI
     
  • 2015

  • Sol–gel synthesis and characterization of silica supported nickel ferrite catalysts for dry reforming of methane.
    Benrabaa Rafik, Löfberg Axel, Guerrero Caballero Jesús, Bordes-Richard Elisabeth, Rubbens Annick, Vannier Rose-Noëlle, Boukhlouf Hamza, Barama Akila.
    Catalysis Communications, vol. 58, pg. 127-131 (2015) DOI
     
  • Benzaldehyde reduction over Cu-Al-O bimetallic oxide catalyst. Influence of pH during hydrothermal synthesis on the structural and catalytic properties.
    Haddad N., Saadi A., Löfberg A., Vannier R.N., Bordes-Richard E., Rabia C.
    Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 396, pg. 207-215 (2015) DOI
     
  • 2013

  • Structure, reactivity and catalytic properties of nanoparticles of nickel ferrite in the dry reforming of methane.
    Benrabaa R., Löfberg A., Rubbens A., Bordes-Richard E., Vannier R.N., Barama A.
    Catalysis Today, vol. 203, pg. 188-195 (2013) DOI
     
  • 2012

  • Nickel ferrite spinel as catalyst precursor in the dry reforming of methane: Synthesis, characterization and catalytic properties.
    Benrabaa Rafik, Boukhlouf Hamza, Löfberg Axel, Rubbens Annick, Vannier Rose-Nöelle, Bordes-Richard Elisabeth, Barama Akila.
    Journal of Natural Gas Chemistry, vol. 21 (5), pg. 595-604 (2012) DOI
     
  • A Comprehensive Scenario of the Crystal Growth of γ-Bi2MoO6Catalyst during Hydrothermal Synthesis.
    Kongmark Chanapa, Coulter Rachel, Cristol Sylvain, Rubbens Annick, Pirovano Caroline, Löfberg Axel, Sankar Gopinathan, van Beek Wouter, Bordes-Richard Elisabeth, Vannier Rose-Noëlle.
    Crystal Growth < Design, vol. 12 (12), pg. 5994-6003 (2012) DOI
     
  • 2011

  • Coating of structured catalytic reactors by plasma assisted polymerization of tetramethyldisiloxane.
    Essakhi Adil, Mutel Brigitte, Supiot Philippe, Löfberg Axel, Paul Sébastien, Courtois Véronique Le, Meille Valérie, Pitault Isabelle, Bordes-Richard Elisabeth.
    Polymer Engineering < Science, vol. 51, pg. 940-947 (2011) DOI
     
  • Materials chemistry for catalysis: Coating of catalytic oxides on metallic foams.
    Essakhi A., Löfberg A., Paul S., Mutel B., Supiot P., Le Courtois V., Rodriguez P., Meille V., Bordes-Richard E.
    Microporous and Mesoporous Materials, vol. 140, pg. 81-88 (2011) DOI
     
  • Use of catalytic oxidation and dehydrogenation of hydrocarbons reactions to highlight improvement of heat transfer in catalytic metallic foams.
    Löfberg A., Essakhi A., Paul S., Swesi Y., Zanota M.-L., Meille V., Pitault I., Supiot P., Mutel B., Le Courtois V., Bordes-Richard E.
    Chemical Engineering Journal, vol. 176-177, pg. 49-56 (2011) DOI
     
  • Catalytic coatings for structured supports and reactors: VOx/TiO2 catalyst coated on stainless steel in the oxidative dehydrogenation of propane.
    Löfberg Axel, Giornelli Thierry, Paul Sébastien, Bordes-Richard Elisabeth.
    Applied Catalysis A: General, vol. 391, pg. 43-51 (2011) DOI
     
  • From Materials Science to Catalysis: Influence of the Coating of 2D- and 3D-Inserts on the Catalytic Behaviour of VOx/TiO2 in Oxidative Dehydrogenation of Propane.
    Essakhi A., Löfberg A., Paul S., Supiot P., Mutel B., Courtois V., Bordes-Richard E.
    Topics in Catalysis, vol. 54, pg. 698-707 (2011) DOI
     
  • 2010

  • Preface.
    Bordes-Richard Elisabeth, Gaigneaux Eric, Löfberg Axel, Payen Edmond, Ruiz Patricio.
    Catalysis Today, vol. 157, pg. 1-1 (2010) DOI
     
  • Transient reactivity of vanadyl pyrophosphate, the catalyst for n-butane oxidation to maleic anhydride, in response to in-situ treatments.
    Cavani Fabrizio, De Santi Davide, Luciani Silvia, Löfberg Axel, Bordes-Richard Elisabeth, Cortelli Carlotta, Leanza Roberto.
    Applied Catalysis A: General, vol. 376, pg. 66-75 (2010) DOI
     
  • Synthesis of γ-Bi2MoO6 catalyst studied by combined high-resolution powder diffraction, XANES and Raman spectroscopy.
    Kongmark C., Martis V., Pirovano C., Löfberg A., van Beek W., Sankar G., Rubbens A., Cristol S., Vannier R.-N., Bordes-Richard E.
    Catalysis Today, vol. 157, pg. 257-262 (2010) DOI
     
  • 2009

  • MoV-based catalysts in ethane oxidation to acetic acid: Influence of additives on redox chemistry.
    Roussel M., Barama S., Löfberg A., Al-Sayari S., Karim K., Bordes-Richard E.
    Catalysis Today, vol. 141, pg. 288-293 (2009) DOI
     
  • From Al2O3-supported Ni(II)–ethylenediamine complexes to CO hydrogenation catalysts: Characterization of the surface sites and catalytic properties.
    Marceau Eric, Löfberg Axel, Giraudon Jean-Marc, Négrier Fabien, Che Michel, Leclercq Lucien.
    Applied Catalysis A: General, vol. 362, pg. 34-39 (2009) DOI
     
  • Electrochemical modification of the catalytic properties of composite membranes of substituted Bi4V2O11 (BIMEVOX) for propane oxidation in a catalytic dense membrane reactor.
    Bodet H., Löfberg A., Pirovano C., Steil M.C., Vannier R.N., Bordes-Richard E.
    Catalysis Today, vol. 141, pg. 260-263 (2009) DOI
     
  • Elucidating the genesis of Bi2MoO6 catalyst by combination of synchrotron radiation experiments and Raman scattering.
    Kongmark Chanapa, Martis Vladimir, Rubbens Annick, Pirovano Caroline, Löfberg Axel, Sankar Gopinathan, Bordes-Richard Elisabeth, Vannier Rose-Noëlle, Van Beek Wouter.
    Chemical Communications, pg. 4850 (2009) DOI
     
  • 2008

  • From Al2O3-supported Ni(II)-ethylenediamine Complexes to CO Hydrogenation Catalysts: Importance of the Hydrogen Post-treatment Evidenced by XPS.
    Négrier Fabien, Marceau Eric, Che Michel, Giraudon Jean-Marc, Gengembre Léon, Löfberg Axel.
    Catalysis Letters, vol. 124, pg. 18-23 (2008) DOI
     
  • 2006

  • Oxygen permeation in bismuth-based materials. Part I: Sintering and oxygen permeation fluxes.
    CAPOEN E, STEIL M, NOWOGROCKI G, MALYS M, PIROVANO C, LOFBERG A, BORDESRICHARD E, BOIVIN J, MAIRESSE G, VANNIER R.
    Solid State Ionics, vol. 177, pg. 483-488 (2006) DOI
     
  • 2004

  • Oxygen permeation versus catalytic properties of bismuth-based oxide ion conductors used for propene oxidation in a catalytic dense membrane reactor.
    Löfberg A, Boujmiai S, Capoen E, Steil M.C, Pirovano C, Vannier R.N, Mairesse G, Bordes-Richard E.
    Catalysis Today, vol. 91-92, pg. 79-83 (2004) DOI