Transformation hydrothermale de substrats cellulosiques assistée par la photocatalyse

Hydrothermal transformation of cellulosic substrates assisted by photocatalysis

• Auteur / Autrice : Insaf Abdouli
• Direction : Chantal Guillard, Nadine Essayem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Chovelon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chantal Guillard, Nadine Essayem, Didier Robert, Franck Launay, Florence Benoît-Marquié, Alain Rives
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Robert, Franck Launay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Oxyde de titane

Transformation

Glucose

Innovation

Catalyse

Mots clés libres

Transformation hydrothermale assistée par photocatalyse

Glucose

Acidité

Basicité

TiO2

Minéralisation

Acide lévulinique

Hydrothermal transformation assisted by photocatalysis

Glucose

Acidity

Basicity

TiO2

Mineralization

Levulinic acid

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur la transformation du glucose en présence de catalyseurs acido-basiques (six oxydes de titane commerciaux) par un procédé innovant. Ce procédé est basé sur le couplage de procédés hydrothermaux et photocatalytiques. L’étude des propriétés acido-basiques des catalyseurs a montré que les TiO2 utilisés ont tous des sites acides de Lewis mais pas de sites acides de Brønsted ; les sites acides de Lewis sont des sites d’adsorption du glucose ; les sites acides de Lewis les plus forts (TiO2 contenant la phase anatase) sont les plus tolérants à l’eau et les plus actifs dans l’eau et les TiO2 contenant la phase rutile sont les plus basiques. La comparaison de la transformation du glucose par les procédés séparés et couplés a montré un changement de la vitesse de réaction voire de la sélectivité en produits selon la nature des oxydes de titane et la nature de l’atmosphère gazeuse. La transformation hydrothermale assistée par la photocatalyse (irradiation UV) favorise la minéralisation du glucose sous air et la formation sélective de l’acide lévulinique sous Ar. Ce changement de sélectivité est attribué à la création probable, dans le milieu réactionnel, par les UV à température élevée, d’une acidité de Brønsted indispensable pour la formation de ce dernier produit.

This thesis reports the glucose transformation in presence of acid-base catalysts (six commercial titanium oxides) by an innovative process. This process consists in the combination of hydrothermal and photocatalytic processes. The catalysts’ acid-base properties studies showed that all the used TiO2 have Lewis acid sites but no Brønsted acid sites; Lewis acid sites are glucose adsorption sites; the strongest Lewis acid sites (TiO2 containing anatase phase) are the most tolerant to water and the most workable in water. TiO2 containing rutile phase are the most basic. The comparison of glucose transformation by the combined and/or separated hydrothermal and photocatalytic processes showed a change in the reaction rate and in the products’ selectivity depending on the TiO2 sample and on the reaction atmosphere. Hydrothermal transformation assisted by photocatalysis favors the glucose mineralization under air while it favors levulinic acid selective production under Ar. This change in selectivity ascribed to the possible creation of Brønsted acidity, in the reaction medium, that is mandatory for levulinic acid formation.