Axel Löfberg

Chargé de recherches CNRS, HDR

Catalyse Hétérogène - équipe VAALBIO

Bâtiment : C3

Bureau : 014

Téléphone : (+33) 03 20 43 45 27

Fax : (+33) 03 20 43 65 61

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

 

Thèmes de recherche

Oxydation sélective des alcanes :
  • Optimisation des performances catalytiques (conversion, sélectivité) découplage rédox : réacteur à membrane dense catalytique, réacteur à alimentation périodique (chemical looping)
  • Développement de réacteurs à parois catalytique et de réacteurs structurés

 

Recherches actuelles

 

Mon activité de recherche se situe dans l’axe « Catalyse hétérogène » et plus spécifiquement dans l’équipe VAALBIO (VAlorisation des ALcanes et de la Biomasse). Elle s’inscrit dans une démarche intégrant le développement de matériaux catalytiques et celui de leur mise en œuvre dans des réacteurs originaux pour la valorisation des hydrocarbures en oxydation sélective.

 

Le principe du découplage rédox en catalyse d'oxydation sélective a été mis en œuvre dans des réacteurs à membrane dense catalytique et dans des réacteurs à alimentation périodique.

 

 

 Le développement de réacteurs à membrane dense catalytique a fait l'objet d'un "projet transversal" au sein de l'UCCS. Il concernait 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). 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 en exposant chaque face de la membrane à un des réactifs (hydrocarbure et oxydant). L’objectif était de favoriser la sélectivité du matériaux catalytique en optimisant l’utilisation de l’oxygène du réseau du solide. Ces travaux ont conduit à la soutenance de 2 thèses (H. Bodet, 2007 et C. Kongmark, 2010) et à 11 publications.

 

 

L’utilisation d’un réacteur à alimentation périodique est une alternative permettant de forcer le découplage rédox d’un système catalytique. Ce mode de fonctionnement est communément appelé « bouclage chimique » ou « chemical looping ». Dans ce domaine, mes travaux ont essentiellement porté vers le reformage à sec du méthane pour la production de gaz de synthèse. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de la valorisation des sources non-conventionnelles du méthane et en particulier de biogaz. Plus récemment, ce principe de fonctionnement a été étendu à l’oxydation sélective du sulfure d’hydrogène pour la purification du biogaz et/ou du gaz naturel. Ces travaux ont conduit à une soutenance de thèse (J. Guerrero, 2015) et une thèse en cours ainsi qu’à 2 publication et 2 demandes de brevet.

 

 

 

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 (plaques/mousses métalliques). Ces travaux ont mis en évidence certains inconvénients, en particulier la migration d’espèces chimique (notamment le fer) depuis le substrat vers la surface catalytique, qui ont nécessité le développement de méthodes originales de réalisation des revêtements catalytiques. Malgré la complexité des systèmes, nous avons pu mettre en évidence leur intérêt pour l’amélioration de la sélectivité de réacteurs structurés pour l’ODH du propane. Ces travaux ont conduit à la soutenance de 2 thèses (T. Giornelli, 2004 et A. Essakhi, 2012) et à 9 publications.

 

 

 

 

Par ailleurs, de nombreux travaux ont été réalisé en catalyse « conventionnelle », principalement pour la valorisation d’alcanes par oxydation sélective et reformage à sec. Ces travaux sont le fruit de collaborations interne à l’UCCS, nationales, ou internationales.

 

Formation et parcours de recherche

 

  • 2013 :Habilitation à Diriger des Recherches, Université Lille 1 – 19 décembre 2013, « Approche intégrée catalyseurs/réacteurs pour une amélioration des performances en oxydation sélective des alcanes », Garant : Professeure E. Bordes-Richard

 

  • 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

Prix et distinctions

 

Lauréat du Prix Stas de l’Académie royale des Sciences, Lettres et Beaux-Arts de Belgique (Décembre 1996)Membre distingué de la Société Chimique de France (Promotion 2015)

 

Autres activités

 

Comité national de la Recherche Scientifique (CoNRS) :
  • 2012-2016 : Membre élu de la section 14 « Chimie de coordination, catalyse, interfaces et procédés ».
  • 2012-2016 : Membre élu et Secrétaire scientifique de la CID 50 « Gestion de la Recherche ».
  • 2017-2020 : Membre nommé et Secrétaire scientifique de la CID 50 « Gestion de la Recherche ».

 

 Société Chimique de France :
  • Depuis mai 2016 : Vice-président de la Division Catalyse
  • Depuis novembre 2015 : Secrétaire de la section régionale Hauts de France

 

 Organisation de congrès scientifiques internationaux :
  • Secrétaire général du 6WCOC « 6th World Congress on Oxidation Catalysis » (Lille, 5-10 juillet 2009)
  • Secrétaire général de Synfuel2012 (Munich, Allemagne, 29-30 juin 2012)
  • Coordinateur général de SCF’15 « Congrès 2015 de la Société Chimique de France » (Lille, 4-9 juillet 2015)
  • Membre du Comité d’organisation et Coordinateur Scientifique pour la thématique « Catalyse » de SCF’18 « Congrès 2018 de la Société Chimique de France » (Montpellier, 2-4 juillet 2018)

 

 A l’UCCS :
  • Depuis 2014 : Correspondant « Communication » de l’UCCS
  • Depuis 2015 : Correspondant « ZRR » de l’UCCS

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