Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
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Our societies are confronted with an increasing demand in non-fossil biosource fuels. Biodiesels, obtained by transesterification of triesters, offer a true alternative. The transesterification reactions can be catalyzed by certain enzymes, the lipases. this article presents the synthesis of enzymatic catalysts operating in continuous flow. These biohybrid foams present many advantages such as a satisfactory confinement of enzymes, a minimized steric hindrance, an optimized mass transport as well as an easy synthesis and implementation. These specificities generate, for the production of biodiesel on macroporous biohybrid materials, enhanced enzymic activities associated with remarkable endurance of continuous catalysis.
Auteur(s)
-
Rénal BACKOV : Professeur des universités - Enseignant-chercheur de l'université de Bordeaux. Recherche effectuée au centre de recherche Paul Pascal, UPR-CNRS 8641
INTRODUCTION
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
Modern societies are confronted to an increasing requirement of bio-fuels resources not of fossil origin. Biodiesels, obtained by transesterification of trimesters, are offering a real alternative. Transesterification can be catalyzed by enzymes such as lipases. We present the synthesis and use of enzyme-based macrocellular foams operating in continuous flow conditions. These monolithic biohybrid catalysts present several advantages, confinment of the enzymes, low steric hindrance, optimized mass transport, a rather simplicity in regard of the column in-situ synthetic path. Those features, concerning enzyme-based catalyzed transesterification, high enzymatic activity addressed with unprecedented endurance of continuous catalysis.
Catalyse hétérogène, matériaux poreux, enzymes, biodiesel, chimie intégrative, émulsions
Heterogeneous catalysis, porous materials, enzymes, biodiesel, integrative chemistry, biliquid foams
Domaine : catalyse
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Chimie intégrative ; fluides complexes ; chimie sol-gel ; biotechnologies enzymatiques
Domaines d'application : Catalyse hétérogène ; biocarburants
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Industries et Agro Ressources (AIR) ;
Centres de compétence : CRPP (Bordeaux) ; ISM (Bordeaux) ; LISBP (Toulouse), LCMBA (Nice), Collège de France (Paris)
Industriels : Diester Industrie (France)
Autres acteurs dans le monde : ADM Biodiesel (Allemagne), Biopetrol Industries (Suisse)
Contact : [email protected]
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Présentation
Perspectives et évolutions
En anglais
3. Applications et mise en œuvre
Les expériences de catalyse en flux continu ont systématiquement été réalisées à un débit relativement faible, compris entre 0,05 et 0,1 mL · min–1. Par ailleurs, en considérant une macroporosité des monolithes biohybrides de l'ordre de 95 % (et un volume initial du tube en Téflon de 73,4 mL, le volume accessible par le milieu réactionnel au sein du réacteur est évalué à 70 mL. Ainsi, le temps de séjour peut être estimé à 12 heures pour un débit de 0,1 mL · min–1 (et à 24 h pour un débit de 0,05 mL · min–1).
3.1 Estérification d'un acide gras insaturé
La première réaction sélectionnée pour évaluer les performances catalytiques des biomatériaux macrocellulaires a été l'estérification de l'acide oléique par le butanol, pour la production d'oléate de butyle (figure 5), très utilisé comme additif lubrifiant pour biodiesels . Le matériau catalytique Col[C-CR-lipase]@gGlymo-Si(HIPE) a été choisi comme catalyseur de cette première réaction.
L'acte catalytique a été, dans un premier temps, réalisé à un débit constant de 0,05 mL · min-1 pendant 21 jours (figure 6). Au cours des dix premiers jours, une fluctuation du taux de conversion, autour de 50 %, met en avant une mise en équilibre difficile du système. Néanmoins, une stabilité est largement perceptible sur les dix jours suivants (entre les jours 10 et 20). Dès lors, une augmentation du débit à 0,1 mL · min–1 induit une baisse du taux de conversion...
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Applications et mise en œuvre
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIVAGE (J.) - Vers une chimie écologique. Quand l'air et l'eau remplacent le pétrole. - Journal Le Monde, 26 oct. 1977.
-
(2) - ANASTAS (P.T.), WARNER (J.C.) - Green chemistry theory and practice. - Oxford University Press, New York (1998).
-
(3) - CARN (F.), COLIN (A.), ACHARD (M.-F.), DELEUZE (H.), SELLIER (E.), BIROT (M.), BACKOV (R.) - Inorganic monoliths hierarchically textured via concentrated direct emulsion and micellar template. - Journal of Materials Chemistry, 14, p. 1370-1376 (2004).
-
(4) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), OESTREICHER (V.), BACKOV (R.) - Enzyme-based hybrid macroporous foams as highly efficient biocatalysts obtained through integrative chemistry. - Chemistry of Materials, 22, p. 4555-4562 (2010).
-
(5) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), LAURENT (G.), BIROT (M.), DELEUZE (H.), BACKOV (R.) - Enzyme-based biohybrid foams designed for continuous flow heterogeneous catalysis and biodiesel production. - Energy and Environmental Science,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Monolithes inorganiques obtenus par chimie sol-gel en milieu confiné : mousses et « macro-empreintes » COLIN (A.) et BACKOV (R.) Brevet français 2003, no de dépôt FR03-03774. Extension Internationale, 2004 : PCT/FR04/01811. FR 2852947, WO 2004087610 (Preparation of zeolites with hierarchical structure)
Catalyseurs supportés enzymatiques hybrides macrocellulaires et applications. BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2009, no de dépôt FR 09-54634. Extension Internationale 2010 : PCT/FR10/051413. FR 2947564, WO 2011004111 (Immobilization of enzymes on porous silicates )
Catalyseur enzymatique hétérogène, procédé de préparation et utilisation pour la catalyse enzymatique en flux continu. BRUN (N.), DELEUZE (H.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2010, no de dépot FR10-56099. Extension internationale 2011 : PCT/FR11/051785. FR 2963021, WO 2012022882 (Preparation of heterogeneous enzyme-coupled silica matrix as catalyst support for use in continuous flow hydrolysis or esterification of fatty acid triglycerides).
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