Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
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.
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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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Avantages, conclusions et perspectives2. Discussion exemplifiée
Le premier propos de cette discussion sera donc thermodynamique pour illustrer la problématique préalablement mentionnée et rentrer dans le vif du sujet. Comme le montre la figure 2 nous pouvons schématiser un grain méso-microporeux possédant de facto un certain volume micro-mésoporeux. Règne au sein de ce volume poreux une pression, la pression de Laplace. Si nous plaçons ce grain poreux dans un liquide environnant, dans un premier temps le liquide va rentrer en périphérie du grain par capillarité et/ou pression osmotique, mais très vite nous allons atteindre un équilibre thermodynamique (ici l’équilibre mécanique) où pressions osmotique/capillaire s’équilibrent avec la pression de Laplace qui, justement, prend alors toute la place (figure 2) ! Avec la figure 2, et cette pression de Laplace omniprésente en cœur de grains micro-mésoporeux nous constatons que la répartition du soluté (ou du réactif) ne peut être qu’hétérogène, ultraconcentrée en périphérie mais faible, voire nulle, en cœur de grain. Pour rompre cet équilibre thermodynamique, il faudra appliquer un vide poussé, on parle alors « d’activation ». Si on n’active pas, rien ne se passe en cœur, car nous sommes alors à l’équilibre thermodynamique et tout s’exprime en peau externe. Certains estiment que cet équilibre mécanique peut être compensé par les potentiels chimiques réactionnels aux interfaces solide-liquide. Ce schéma de pensée est caduc, car pour mettre en avant un quelconque potentiel chimique il faut que le liquide mouille et s’étale sur la surface considérée, or la figure 2 signifie que si l’équilibre mécanique n’est pas rompu, presque rien ne peut se passer en cœur des grains catalytiques micro-mésoporeux, tout est surfacique et opère en peau externe des grains. En effet, la thermodynamique nous indique et nous impose que pour atteindre l’équilibre naturel ζ eq il faut, au-delà de l’équilibre thermique, qu’à la fois l’équilibre mécanique et l’équilibre osmotique soient atteints ...
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Discussion exemplifiée
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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