Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Sigles, notations et symboles
En anglais
4. Glossaire
Chimie sol-gel ; Sol-gel chemistry
La chimie sol-gel opère généralement à basse température via des réactions d’hydrolyse et de polycondensation de précurseurs moléculaires appelés « alkoxydes ». Ces réactions acido- ou baso-catalysées induisent une augmentation de la viscosité des sols de départ, se traduisant par l’émergence de gels acides ou basiques. Au-delà d’une transition sol-gel, la chimie sol-gel permet donc de synthétiser des oxydes à basse température. On y associe également le terme de « chimie douce ».
Chimie intégrative ; Integrative chemistry
La chimie intégrative prône pour un décloisonnement des sciences chimiques avec des ouvertures vers la physicochimie des fluides complexes, la physique et la biologie. Ses modes de constructions sont fondamentalement associés à un positionnement rationnel des réacteurs chimiques au sein de l’espace géométrique. Elle permet ainsi de concevoir des architectures complexes (ou multiéchelles) structurées ou non, de natures inorganique, organique ou bien encore hybride organique-inorganique.
Fluides complexes ; Complex fluids
Les fluides complexes représentent le domaine de la physicochimie (ou physique) de la matière molle ou des colloïdes. Généralement, ils traitent de systèmes multiphasiques stables ou instables thermodynamiquement : liquide-gaz (mousses), liquide-liquide (émulsions), solides (suspensions de colloïdes durs « les sols »), ou solutions complexes de polymères, de micelles géantes ou de mésophases lyotropes/thermotropes et leurs mélanges.
Pression de Laplace ; Laplace pressure
La pression de Laplace, ou pression capillaire, est la différence de pression entre deux côtés d'une interface courbe (ainsi sous tension) séparant deux milieux fluides. Par extension, elle désigne aussi la différence de pression à travers une interface séparant un milieu solide d'un milieu fluide. Ainsi pour une sphère de rayon r : P Laplace = T x (2/r). Ainsi plus les bulles, gouttes ou pores sont petits, plus la pression de Laplace est élevée.
Écoulement de Poiseuille : Poiseuille flow
La loi de Poiseuille, également appelée « loi de Hagen-Poiseuille », décrit l'écoulement laminaire d'un liquide visqueux, incompressible, dans une conduite...
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Glossaire
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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