Oxydation électrocatalytique de polyols en aldéhydes/cétones pour la formation de nouvelles molécules plateformes – ECO-PLAN

Le projet ECO-PLAN a pour but le développement d’un procédé éco-efficient de synthèse de tensioactifs bio-sourcés pour des applications dans les domaines des détergents, des cosmétiques ou des produits pharmaceutiques. Pour le mener à bien, les compétences complémentaires de trois partenaires (deux laboratoires de recherche et une entreprise) vont être mises à contribution pour la valorisation du glycérol ou de poly-glycérols (de 2 à 4 monomères) en composés amphiphiles. Cette conversion d’un déchet industriel (le glycérol) en composés à valeur ajoutés sera mise en place au sein d’un procédé à deux étapes : l’oxydation sélective du glycérol ou de polyglycérols en aldéhydes ou cétones sera contrôlée électrochimiquement avec co-production d’hydrogène ; ces deux produits de réactions seront utilisés dans une réaction d’amination réductrice des aldéhydes et des cétones sur un catalyseur palladium en présence d’hydrogène.
L’étude d’électrocatalyseurs à base de palladium pour l’oxydation du glycérol et à base de métaux de transition n’appartenant pas au groupe du platine pour la réduction de l’eau en hydrogène sera menée à l’IC2MP sur des matériaux synthétisés chimiquement par voie colloïdale. Les résultats de cette première étude en cellule à trois électrodes (avec caractérisation de la sélectivité de ces catalyseurs par spectroscopie infrarouge in situ) et en cellule d’électrolyse de 25 cm2 (avec analyse des produits de réaction par HPLC et RMN) permettrons de sélectionner les compositions et les structures d’intérêt pour leur préparation par dépôt assisté par plasma au GREMI. Cette méthode permet de déposer de faible taux de charge de catalyseurs sur des électrodes de faible dimension (pour la validation en cellule à trois électrodes) ainsi que sur des couches de diffusion de plus grandes dimensions (25 cm2 ou 50 cm2) pour leur utilisation en cellule d’électrolyse. L’amination réductrice sera réalisée dans un premier temps à l’IC2MP afin d’optimiser la modification du substrat carboné permettant une meilleure dispersion du catalyseur dans le milieu réactionnel et également, afin d’optimiser les conditions de réaction.
Ces matériaux et ces modes opératoires optimisés pour les deux étapes du procédé seront intégrés dans un système global par VALAGRO qui sera constitué d’une cellule d’électrolyse modulaire (jusqu’à 0,1 m2 de surface d’électrodes) pour la valorisation du glycérol et des poly-glycérols avec co-production d’hydrogène et d’un réacteur catalytique alimenté avec l’hydrogène produit électrochimiquement pour l’amination réductrice des aldéhydes et/ou des cétones formés lors de l’étape électrochimique.
Les résultats obtenus lors du fonctionnement de ce système à deux étapes intégrées seront utilisés pour le calcul des coûts de production (dépenses d'exploitation, OPEX) et l'ampleur des investissements (dépenses d'investissement, CAPEX).