De la canne à sucre pour booster les zéolithes à l’aluminium
Cristaux d’aluminosilicates particulièrement poreux, les zéolithes sont très prisées pour la transformation du pétrole en ses nombreux dérivés. Leur efficacité augmente selon leur taux d’aluminium, une grandeur qui semblait avoir atteint ses limites. Une équipe internationale, centrée autour de l’Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (CNRS/Université de Strasbourg), a cependant obtenu une nouvelle zéolithe ZSM-5 au rapport silicium/aluminium amélioré de 20 %. L’opération, décrite dans la revue Chemical Science, utilise de la biomasse renouvelable.
Le pétrole se présente sous la forme de longues chaînes d’hydrocarbures que l’on casse, afin par exemple d’obtenir de l’essence. Différents catalyseurs acides peuvent être utilisés, comme les zéolithes. Acides très forts sans pour autant être corrosifs ou toxiques, ces cristaux extrêmement poreux sont en plus réutilisables. Plus une zéolithe contient d’aluminium, plus elle sera acide et favorisera les réactions de craquage des hydrocarbures.
Mais malgré de nombreux travaux, le rapport silicium/aluminium dans les zéolithes de type ZSM-5 ne descendait pas en dessous de 10. Des chercheurs de l’Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (ICPEES, CNRS/ Université de Strasbourg), en collaboration avec des collègues de l'Université Fédérale de Rio de Janeiro, du Laboratoire de réactivité de surface (LRS, CNRS/Sorbonne Université) ainsi que divers laboratoires internationaux1, ont finalement synthétisé et caractérisé une nouvelle zéolithe ZSM-5 avec un rapport de 8, soit davantage d’aluminium et donc de meilleures performances. Ils souhaitaient à l’origine, augmenter la taille des pores, ce qui améliore la diffusion des molécules et accélère les réactions chimiques. En ajoutant de la biomasse, sous forme de paille de bagasse de canne à sucre, lors de la synthèse du catalyseur, ils ont non seulement obtenu des pores plus gros, mais aussi amélioré la teneur en aluminium. Ces travaux participent à l’élaboration de catalyseurs toujours plus performants et plus verts.
Référence
Marcelo Maciel Pereira, Elisa Silva Gomes, Alessandra Vieira Silva, Ana Belen Pinar, Marc-Georg Willinger, Sangaraju Shanmugam, Céline Chizallet, Guillaume Laugel, Pit Losch et Benoît Louis
Biomass-mediated ZSM-5 zeolite synthesis: when self-assembly allows to cross the Si/Al lower limit.
Chemical Science - Juillet 2018
DOI: 10.1039/C8SC01675E