Nouvelle voie de synthèse d'acroléine à partir de biomasse

New synthesis route for acrolein from biomass

• Auteur / Autrice : Benjamin Katryniok
• Direction : Franck Dumeignil, Sébastien Paul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 09/11/2010
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diester

Zircone

Silice

Hétéropolyacides

Synthèse (chimie)

Acroléine

Déshydratation

Glycérine

Biomasse -- Conversion

Catalyse hétérogène

Mots clés libres

Silice mésoporeuse

Résumé

Du fait du réchauffement climatique, les émissions de dioxyde de carbone doivent être drastiquement réduites. La synthèse de biodiesel, qui utilise des huiles végétales comme matière première, transformées dans le processus de transestérification, pallie partiellement ce problème en ayant un bilan de CO2 émis nettement plus favorable que la fabrication de Diesel ex-énergie fossile. Néanmoins, durant le processus de transéstérification, le glycérol est formé à hauteur de 10% poids. Parmi les possibilités de valorisation, la déshydratation du glycérol en acroléine est économiquement l'une des réactions les plus intéressantes. La réaction est connue comme étant catalysée par des catalyseurs acides tels que les zéolithes, les oxydes mixtes de métaux et des hétéropoly acides. Ces derniers offrent la possibilité d’ajuster leurs propriétés chimiques en modifiant leur composition. Par conséquent, des hétéropoly acides de type Keggin ont été choisis comme phase active supportés sur silice. Les catalyseurs étudiés ont montré une grande performance catalytique, mais ont tendance à se désactiver rapidement, ce qui est attribué au dépôt de coke - un phénomène largement observé pour les catalyseurs acides. De ce fait, un ajustement de l’acidité - par une modification du support silice avec de la zircone - a été démontré avec succès conduisant à l'augmentation de la performance à long terme. En fait, la performance à long terme du catalyseur contenant l'acide silicotungstique supporté sur SBA-15 greffé par zircone a été 3 fois plus élevée, par rapport à un catalyseur à base de silice non-modifiée, ce qui donne 69% en rendement d'acroléine après 24h de réaction (contre 24%).

Driven by the problematic of climate change, carbon dioxide emissions have to be drastically reduced within the next decades. Biodiesel uses vegetable oils and fats as raw-materials, which are upgraded in the transesterification process, whereby glycerol is formed as inevitable by-product of low value. Among the numerously proposed valorization possibilities of this component, the dehydration of glycerol to acrolein is economically one of the most interesting reactions. The reaction is known to be catalyzed by acid-catalysts such as zeolites, mixed metal-oxides and heteropoly acids. The latter offers the possibility for tuning their chemical properties by changing their composition. Therefore these Keggin-type heteropoly acids were chosen as active phase which was supported on meso-structured silica. The catalysts studied showed high catalytic performance but tend to deactivate rapidly which is ascribed to the deposition of carbon – a phenomenon widely observed for strong acid catalysts. Therefore the fine-tuning of the acid strength - by modification of the silica support with zirconia - was successfully demonstrated leading to (i) the increase of the long-term performance and (ii) the increase of the thermal stability of the active phase. In fact the, long-term performance of silicotungstic acid supported on zirconia-grafted SBA-15 was increased by a factor 3, compared to non-modified silica, yielding 69% acrolein after 24h on stream (against 24%).