IMMOBILISATION DE CATALYSEURS DE METATHESE D’OLEFINES : APPLICATIONS EN PROCEDES BATCH & FLUX CONTINUS – CFLOW-OM

L'industrie chimique doit opérer une profonde mutation pour développer des technologies innovantes et plus éco-compatibles.
Dans ce contexte, la métathèse des oléfines apparaît comme une réaction à fort potentiel, qui est de plus en plus utilisée dans l'industrie car elle conduit aux produits souhaités en moins d'étapes, réduisant ainsi les coûts de production et l'impact environnemental.
L'objectif de ce projet est de développer un procédé pour la transformation industrielle des huiles végétales en produits chimiques à haute valeur ajoutée, utilisant la métathèse des oléfines et de nouveaux catalyseurs solides à base de complexes de ruthénium. La réaction de self-métathèse de l'oléate de méthyle sera choisie comme réaction-cible.
Pour éviter la perte de métal par lixiviation, inconvénient majeur de la métathèse des oléfines, deux voies seront explorées, en fonction des interactions entre le ruthénium et le support : 1) emploi de réacteurs à lit fixe traditionnels garnis de catalyseurs supportés innovants ou 2) emploi de catalyseurs présentant des interactions réversibles avec le support dans un procédé à inversion de flux innovant.
La première voie requiert d'importants efforts pour améliorer la durée de vie des catalyseurs. Trois stratégies d'immobilisation seront explorées : 1) interactions ioniques entre un liquide ionique et les catalyseurs à marqueur ionique et imprégnation sur des bio-supports provenant de chitosanes ou d'alginates ; 2) interactions réversibles entre le catalyseur et une silice fonctionnalisée via des interactions p-p par l'utilisation de CTC ou de nanotubes de carbone; 3) immobilisation covalente du complexe sur une silice fonctionnalisée mésostructurée conduisant à des espèces actives bien définies.
La première étape consistera à préparer les supports destinés à l'accrochage des espèces catalytiques. Les catalyseurs obtenus devront à la fois être actifs et stables. Un point clé est d'assurer une production à long terme en continu sans dégradation du catalyseur et donc sans résidu métallique toxique dans les produits. Les catalyseurs destinés à une production industrielle doivent finalement pouvoir être préparés en grande quantité et à un coût réduit.
La deuxième voie concerne l'utilisation des catalyseurs proscrits pour la première voie car présentant des interactions trop faibles avec le support et conduisant à une perte de métal. Un réacteur adsorbeur à inversion de flux (RFAR) est proposé pour tirer profit de tels catalyseurs. Le RFAR comprend deux cartouches adsorbantes encadrant le réacteur. Les catalyseurs solides sont considérés comme des réservoirs libérant l'espèce active par désorption lors du passage de l'oléfine. La réaction est strictement homogène dans le module réacteur puisque les ligands labiles restent accrochés au support dans le module adsorbeur. La conception et l'utilisation de tels réacteurs dynamiques nécessiteront des études sur les équilibres d'adsorption, la cinétique et la simulation et modélisation du réacteur.
L'objectif final est la mise au point de deux démonstrateurs industriels pour la transformation d'huiles végétales en produits valorisables. Les procédés devront être éco-compatibles et conduire à une réduction des coûts de production.
Le partenariat du projet CFLOW-OM implique cinq équipes académiques complémentaires (ENSC de Rennes, Université de Paris Sud XI (UPS-XI), ENSICAEN, CPE-LCOMS et CPE-LGPC à Lyon), un utilisateur industriel (NOVANCE) associé à un institut spécialisé dans les esters gras (ITERG) et une jeune start-up (OMEGA CAT SYSTEM) dont le travail est centré sur la promotion de technologies pour la métathèse des oléfines. Le projet devrait conduire à des découvertes technologiques et des connaissances fondamentales dans le domaine de la métathèse des oléfines, des interactions métal-support et la conception de réacteurs pour les réactions de catalyse homogène.