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Chimie Durable – Industries, Innovation (CD2I)
Edition 2013


HYSINANO


Procédé d'hydrosilylation des oléfines mettant en oeuvre des catalyseurs nanostructurés

Procédé d'hydrosilylation des oléfines mettant en œuvre des catalyseurs nanostructurés
Le projet HYSINANO concerne le procédé industriel d’hydrosilylation des oléfines, produisant des huiles silicones fonctionnelles. Cette réaction, industriellement catalysée par un complexe de platine, conduit à une «consommation» trop importante de ce métal noble, puisqu’il est entraîné avec les produits de la réaction, induisant des surcoûts de production importants. Le projet vise à étudier deux solutions pour pallier ce problème.

Alternatives au catalyseur de Karstedt pour l'hydrosilylation des oléfines
Le projet vise à étudier deux solutions pour pallier la perte de platine dans les produits de réaction : soit hétérogénéiser le platine pour le retenir durablement dans le réacteur, soit remplacer le platine par un catalyseur plus économique, et sans impact sur l’environnement. La première partie est une suite des travaux initiés dans le projet HEXOSIC dans lequel l’un des objectifs était l’utilisation de catalyseurs hétérogènes dans un réacteur continu en carbure de silicium. Cependant, les catalyseurs commerciaux se sont révélés difficilement utilisables en réacteur continu, principalement en raison de la perte d’une partie du platine en solution avec les produits de la réaction (lixiviation). Une nouvelle méthode de synthèse a été développée pour éviter la lixiviation. Il s’agira d’optimiser la synthèse de ces catalyseurs (hydrophobie, taille des pores...) et de mettre au point leur immobilisation en couche mince sur des substrats structurés. Le dopage du platine par un autre métal sera également étudié comme optimisation pour abaisser l’encours de platine par unité de production. Une deuxième partie, plus exploratoire, visera à remplacer l’utilisation du platine par celle d’un catalyseur moins coûteux, sans risque pour l’environnement. L’approche envisagée concerne la synthèse de nanoparticules, notamment à base de fer, cuivre...

Synthèse de catalyseurs, caractérisation et tests catalytiques
Après synthèse, tous les catalyseurs seront caractérisés selon les méthodes habituelles. L’activité catalytique de tous les catalyseurs sera évaluée dans la réaction-modèle d’hydrosilylation du 1-octène dans un réacteur semi-batch. Les meilleurs catalyseurs seront mis en oeuvre dans un réacteur continu pour évaluer leur durée de vie et leur productivité potentielle. En fonction de la nature des catalyseurs, leur hétérogénéisation et/ou mise en forme sur un substrat structuré sera étudiée. Les catalyseurs seront également testés dans d’autres réactions d’hydrosilylation présentant des contraintes de sélectivité.

Résultats

Les faits marquants à ce jour sont les suivants :
- les nanoparticules de platine de petite taille sont un très bon catalyseur d'hydrosilylation
- le catalyseur de Karstedt, espèce moléculaire, évolue rapidement vers la formation de nanoparticules, qui sont à l'origine de plus de 90 % des produits de la réaction d'hydrosilylation.

Perspectives

La suite des travaux concerne à la fois l'immobilisation des nanoparticules de platine sur un support, mais aussi l'évaluation de l'activité catalytique de nanoparticules d'autres métaux.

Productions scientifiques et brevets

Article soumis.

Partenaires

BSS Bluestar Silicones France

C2P2-LCOMS Laboratoire de Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés

CPE-FCR CPE-FCR

LGPC Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques

Aide de l'ANR 371 604 euros
Début et durée du projet scientifique décembre 2013 - 42 mois

Résumé de soumission

L'hydrosilylation des oléfines, industriellement catalysée par un complexe de platine, conduit à une « consommation » trop importante de ce métal noble, puisqu'il est entraîné avec les produits de la réaction, induisant des surcoûts de production importants. Le projet vise à étudier deux solutions pour pallier ce problème : soit hétérogénéiser le platine pour le retenir durablement dans le réacteur, soit remplacer le platine par un catalyseur plus économique, et sans impact sur l'environnement. La première partie est une suite des travaux initiés dans le projet HEXOSIC dans lequel l'un des objectifs était l'utilisation de catalyseurs hétérogènes dans un réacteur continu en carbure de silicium. Cependant, les catalyseurs commerciaux se sont révélés difficilement utilisables en réacteur continu, principalement en raison de la perte d'une partie du platine en solution avec les produits de la réaction (lixiviation). Une nouvelle méthode de synthèse a été développée pour éviter la lixiviation. Il s'agira d'optimiser la synthèse de ces catalyseurs (hydrophobie, taille des pores...) et de mettre au point leur immobilisation en couche mince sur des substrats structurés. Le dopage du platine par un autre métal sera également étudié comme optimisation pour abaisser l'encours de platine par unité de production. Une deuxième partie, plus exploratoire, visera à remplacer l'utilisation du platine par celle d'un catalyseur moins coûteux, sans risque pour l'environnement. L'approche envisagée concerne la synthèse de nanoparticules, notamment à base de fer, cuivre... L'activité catalytique de tous les catalyseurs synthétisés sera évaluée dans la réaction-modèle d'hydrosilylation du 1-octène dans un réacteur semi-batch. Les meilleurs catalyseurs seront mis en oeuvre dans un réacteur continu pour évaluer leur durée de vie et leur productivité potentielle. En fonction de la nature des catalyseurs, leur hétérogénéisation et/ou mise en forme sur un substrat structuré sera étudiée. Les catalyseurs seront également testés dans d'autres réactions d'hydrosilylation présentant des contraintes de sélectivité.
Pour des raisons de confidentialité, la méthodologie envisagée pour immobiliser les particules sur les supports ne peut être détaillée dans ce résumé.

 

Programme ANR : Chimie Durable – Industries, Innovation (CD2I) 2013

Référence projet : ANR-13-CDII-0007

Coordinateur du projet :
Madame Valérie MEILLE (Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques)

Site internet du projet : http://www.lgpc.fr/Projets/Hydrosilylation-des-olefines.html

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.