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Améliorer la durabilité des catalyseurs industriels

Le gaz naturel et le pétrole brut constituent des réserves importantes d'alcanes fortement liés qui sont difficiles à rompre. Des chercheurs ont cherché de nouveaux catalyseurs qui opèrent à température ambiante pour obtenir de meilleurs rendements en alcanes dans des conditions inoffensives pour l'environnement.
Améliorer la durabilité des catalyseurs industriels
Dans le monde entier, la majorité des matériaux à base de carbone et de l'énergie sont produits par conversion oxydative d'alcanes dans le pétrole ou le gaz naturel. Cependant, la grande force des liaisons carbone-hydrogène (C-H) dans les alcanes exige des températures extrêmes qui aboutissent à de faibles efficacités de conversion et des émissions élevées. Des catalyseurs qui opèrent mieux sous des conditions inoffensives du point de vue environnemental et à un coût raisonnable pourraient avoir un impact majeur sur l'industrie.

Les complexes de métaux de transition peuvent agir de manière similaire aux enzymes. Des chercheurs ont initié le projet OXALKANES («Development of sustainable selective catalytic oxidation of alkanes»), financé par l'UE, pour les exploiter. Les chercheurs ont développé des complexes de métaux de transition à partir des métaux de transition de la période 4 du tableau périodique des éléments (fer, cobalt, cuivre). Ils les ont appliqués comme catalyseurs homogènes et hétérogènes sélectifs dans les réactions d'activation C-H à température ambiante avec oxygène fourni par un peroxyde d'hydrogène inoffensif pour l'environnement. Le rendement a été augmenté par assistance micro-ondes.

L'oxydation de cyclohexane a produit du cyclohexanone et du cyclohexanol avec des rendements supérieurs à ceux obtenus avec des catalyseurs traditionnels et sous des conditions douces et soutenables. Les principaux produits ont été utilisés comme précurseurs dans la synthèse de produits à valeur ajoutée comme le nylon-6, un composant très utilisé dans les fils industriels, les textiles et les films plastiques destinés à l'industrie agroalimentaire et au secteur de l'énergie. L'oxydation du benzène donne du phénol comme produit principal, un intermédiaire important dans la synthèse des produits pétrochimiques, agrochimiques et des plastiques. L'oxydation directe du benzène en phénol est généralement limitée par de faibles rendements et/ou une mauvaise sélectivité des catalyseurs. Les chercheurs du projet OXALKANE ont obtenu une meilleure sélectivité que pour les catalyseurs conventionnels, avec des rendements équivalents ou supérieurs à ceux dont il est fait état dans la littérature scientifique avec leurs catalyseurs homogènes et hétérogènes.

Globalement, les nouveaux complexes de métaux de transition du projet OXALKANES ont permis l'oxydation d'alcanes sous conditions douces et soutenables, avec des rendements comparables ou supérieurs à ceux des catalyseurs et des méthodes conventionnels. Ils devraient contribuer de manière importante à un grand nombre de processus d'oxydation intéressants d'un point de vue industriel en améliorant la durabilité et en réduisant l'impact environnemental.

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