Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
La chimie intégrative, par intégration de la chimie sol-gel et des fluides complexes, permet de concevoir des oxydes céramiques monolithiques à porosité ouverte. Ces catalyseurs labellisés MUB, acronyme pour « Matériaux de l’Université de Bordeaux », possèdent une porosité hiérarchique ouverte où transport de masse et transport de photons sont optimisés au regard de systèmes micro-mésoporeux classiques. Dans cet article, leurs efficacités sont illustrées envers une catalyse à vocation environnementale, en phases liquide ou gazeuse. Enfin, les avantages de ces nouveaux catalyseurs sont énoncés, sans oublier leurs perspectives d’amélioration en termes de briques technologiques à appréhender.
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While combining the sol-gel process and the physical-chemistry of complex fluids, Integrative Chemistry allows to conceive monolithic oxide ceramics bearing an open porosity. These catalysts labelled hereafter as MUB, acronym for “Matériaux de l’Université de Bordeaux”, are bearing an open hierarchical porosity where both mass and photonic transports are optimized when compared with traditional mico-mesoporous materials. In this paper, their efficiencies are depicted over environmental-based remediation focus, either in liquid or gaseous phases. Finally, advantages of these new heterogeneous catalysts are listed along with perspectives to optimize their synthetic scheme based on technology.
Auteur(s)
-
Rénal BACKOV : Centre de recherche Paul Pascal, UMR-CNRS 5031, Pessac, France
INTRODUCTION
Cet article n’a pas vocation à reformuler les fondements d’une catalyse de contact dite « hétérogène », ni d’en revisiter les équations cinétiques associées et autres formalismes de mouillabilité, d’adsorption et de désorption aux interfaces. Ces arguments cinétiques sont d’ores et déjà traités de manière idoine et exhaustive par ailleurs et de nombreux ouvrages y sont dédiés dans les Techniques de l’Ingénieur [J 1 180] [J 1 182] [J 1 250] [J 1 255] [J 1 265]. Notre propos sera ici assez descriptif, mais nous l’espérons pertinent, et prendra dans un premier temps l’exemple de l’exosquelette silicique de diatomées comme métaphore de « catalyseurs modernes et efficaces ». Après cette introduction, par extrapolation d’une démarche bio-inspirée [N 4 820] qui peut parfois nous induire en erreur dans nos schémas de pensées de structuration-texturation de la matière divisée, nous montrerons qu’une approche « systémique » par chimie intégrative [RE 105] [RE 173] au-delà de se poser les bonnes questions (ou comme nous le verrons « la bonne question »), permet de concevoir des catalyseurs monolithiques modernes à porosité multiéchelle ouvrant la perspective d’une catalyse de contact avancée, que ce soit en phase gazeuse ou en phase liquide. Ainsi, nous décrirons quelques exemples non exhaustifs d’applications en catalyse de contact à vocation environnementale, comme les photoconversions « en volume » du CO2 ou de COV (composés organiques volatils) anthropiques, les oxydations thermoactivées du CO en CO2 sans métaux nobles, ou bien encore les réactions d’acylation et d’alkylation de Friedel-Crafts sans utilisation de superacides moléculaires et sans co-solvant. Enfin, après avoir signifié les axes d’amélioration en termes de procédés, nous énoncerons les avantages intrinsèques de ces catalyseurs modernes par rapport aux catalyseurs plus traditionnels.
MOTS-CLÉS
environnement procédé sol-gel Dépollution Catalyse de contact Chimie intégrative Emulsions Matériaux poreux multiéchelles
KEYWORDS
environment | sol-gel process | remediation | Heterogeneous catalysis | Integrative Chemistry | Biliquid foams | Multiscale porous materials
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
1. Contexte
Dans la nature il existe des architectures siliciques assez complexes, les exosquelettes de diatomées, comme le montre la figure 1 a-h. Avec cette figure et au-delà, toutes les images que nous pouvons trouver sur le web (voir « radiolaires ») , la première impression ou ressenti est sans aucun doute la beauté exprimée à travers ces architectures, ce sont de véritables cathédrales ! La nature est donc capable de ciseler la matière inorganique ou inerte à toutes les échelles.
Ceci dit, si ces architectures sont splendides, associées à une porosité hiérarchisée, ce n’est bien évidemment pas que pour l’effet contemplatif de la chose, même si nous pourrions certainement nous en contenter ! En fait cette hiérarchie de porosité est associée à une spéciation de l’hydrodynamique des fluides à chaque échelle de porosité (figure 1 i, partie de gauche). En ce qui concerne la microporosité (de quelques angströms à 2 nm, selon la nomenclature IUPAC), le transport de masse est diffusif, régi par la loi de Fick. À cette échelle tout est lent et diffusif, mais la réactivité moléculaire y règne en maître. À l’opposé, aux grandes échelles, au-delà de 50 nm toujours selon la nomenclature IUPAC, le transport de masse est convectif/advectif, régi par la loi de Darcy. Au sein des macropores tout va assez vite, mais rien n’est vraiment réactif (la diffusion devient négligeable). Ces autoroutes assurent un transport de masse rapide en cœur des exosquelettes.
Il existe également une échelle mitoyenne, celle des mésopores de 2 à 50 nm, où l’hydrodynamique des fluides est associée à un régime dispersif. À cette échelle de porosité, convection/advection et diffusion coexistent, la situation est celle d’un fluide en convection/advection au sein duquel diffusent des molécules. Ici, transport de masse et réaction moléculaire coopèrent de manière optimale.
Au-delà des...
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIVAGE (J.) - Chimie douce : from shake-and-bake processing to wet chemistry. - New Journal of Chemistry, 1 (2001).
-
(2) - SANCHEZ (C.) et al - Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems. - Nature Materials, 4 (2005).
-
(3) - BRECHET (Y.) - La Science des matériaux : du matériau de rencontre au matériau sur mesure. - Leçon inaugurale du Pr. Yves Bréchet au Collège de France (2013).
-
(4) - SANCHEZ (C.) - Chimie de matériaux hybrides. - Cours du Collège de France. DOI : 10.4000/annuaire-cdf.11897 (2015).
-
(5) - BACKOV (R.) - Combining soft matter and soft chemistry : “Integrative Chemistry” toward designing novel and complex architectures. - Soft Matter, 2, p. 452 (2006).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Procédé de préparation d’un matériau sous la forme d’un monolithe de silice poreux comprenant des nanoparticules d’oxyde de titane, ledit matériau et ses applications
E. Layan, I. Ly, T. Toupance, T. Pigot, M. Le Bechec, R. Backov.
Brevet français 2021, n° de dépôt FR21-13537. PCT/EP2022-085833.
Métallo-oxydes nanoparticulaires monolithiques à porosité multi-échelles.
I. Ly, R. Backov.
Brevet français 2020, n° de dépôt FR20-58457. Extension internationale 2021 : PCT/FR2021/EP075529.
Procédé de captation et de décontamination d’un milieu gazeux en présence d’un de monolithe comprenant du TiO2 et de la silice.
S. Bernadet, A. Fécant, S. Ravaine, M. Le Bechec, S. Lacombe, R. Backov.
Brevet français 2018, n° de dépôt FR18-53644.
Procédé de captation et de décontamination photocatalytique mettant en œuvre un photocatalyseur sous forme de monolithe poreux à base de silice et de dioxyde de titane.
S. Bernadet, A. Fécant, S. Ravaine, S. Lacombe, M. Le Bechec, R. Backov.
Brevet français 2018, n° de dépôt FR18-63738.
Monolithes poreux contenant du TiO2 et son procédé de préparation.
S. Bernadet, A. Fécant, S. Ravaine, D. Uzio, R. Backov.
Brevet français 2017, n° de dépôt FR17-53757. Extension internationale 2018 : PCT/FR2018/EP060376.
Procédé de préparation d'un monolithe à porosité multimodale.
S. Bernadet, A. Fécant, S. Ravaine, D. Uzio, R. Backov.
Brevet français 2017, n° de dépôt FR17-53759. Extension internationale 2018 : PCT/FR2018/EP060380.
Procédé de préparation de matériaux monolithiques alvéolaires et utilisations de ces matériaux.
V. Schmitt, M. Destribats, R. Backov.
Brevet français 2010, n° de dépôt FR10-58247. Extension internationale 2011 : PCT/FR11/052359.
Monolithes...
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