Méthodes catalytiques innovantes de réduction de liaisons carbone-oxygène appliquées à la dépolymérisation réductrice des plastiques oxygénés

Innovative catalytic pathways for the reduction of carbon-oxygen bonds for the oxygenated plastics reductive depolymerization

• Auteur / Autrice : Marie Kobylarski
• Direction : Thibault Cantat, Jean-Claude Berthet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Darcel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bellemin-Laponnaz, Arnaud Parenty, Sophie Bezzenine
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Darcel, Stéphane Bellemin-Laponnaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépolymérisation réductrice

Silane

Boranes

Matières plastiques -- Déchets

Recyclage

Matières plastiques

Zirconium -- Composés organiques

Catalyse homogène

Éléments du bloc f (chimie)

Mots clés libres

Catalyse éléments f

Hydroboranes

Plastiques oxygénés

Dépolymérisation

Hydrosilanes

Catalyse zirconium

. f elements catalysis

Hydroboranes

Oxygenated plastics

Depolymerization

Hydrosilanes

Zirconium catalysis

Résumé

Le monde dans lequel nous vivons n'est que plastique ! Cependant, nous ne savons que faire de l'accumulation croissante des déchets plastiques qui représentent une menace pour l'environnement. Actuellement ni l'incinération, ni le recyclage mécanique, ni le stockage en décharge ne sont des solutions suffisantes pour répondre à la problématique du recyclage. Partant du constat qu'un plastique se compose d'une longue molécule (polymère) synthétisée par assemblage chimique de petites molécules (monomères), l'idée est de découper chaque polymère pour retrouver les monomères dont il est issu (procédé de solvolyse) ou pour produire des molécules de base pour l'industrie chimique (dépolymérisation réductrice). Le recyclage chimique est une option très prometteuse qui permet d'envisager une réutilisation de la matière plastique. Dans ces travaux de thèse, nous avons développé de nouvelles voies catalytiques de réduction des liaisons carbone oxygène (C-O) pour les appliquer à la dépolymérisation réductrice des plastiques oxygénés. Un premier système catalytique à base d'uranium dans l'isopropanol a permis la réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) d'aldéhydes et de cétones. Non applicable aux plastiques oxygénés, deux autres méthodes catalytiques ont ensuite été découvertes et employées pour la dépolymérisation réductrice sélective de polyesters et polycarbonates commerciaux ou issus de déchets ménagers (fils d'impression 3D, bouteille plastique, disque compact).

The world we live in is all plastic! However, we don't know what to do with the increasing accumulation of plastic waste which threatens the environment. Currently, neither incineration, nor mechanical recycling, nor landfill storage are adequate solutions to address the plastic recycling issue. Considering that a plastic is composed of a long molecule (polymer) chemically synthesized from small molecules (monomers), the idea is to cut up each polymer to recover monomers (solvolysis process) or to produce base chemicals for the industry (reductive depolymerization). Chemical recycling is a very promising option to reuse plastics. In this thesis, we developed new catalytic pathways for the reduction of carbon oxygen (C-O) bonds for the reductive depolymerization of oxygenated plastics. A first catalytic system based on uranium in isopropanol reduced aldehydes and ketones through the Meerwein Ponndorf Verley (MPV) reaction. Not working on oxygenated plastics, two other catalytic methods were then discovered and used for the selective reductive depolymerization of commercial or household waste polyesters and polycarbonates (3D printer wires, plastic bottle, compact disk).