Préparation de catalyseurs bimétalliques de Fe/Ru et/ou Ni supportés sur GNPs pour la conversion du glucose en sorbitol

Details

Supervisors

Hermans, Sophie

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en sciences chimiques, à finalité approfondie

Abstract

La crise écologique à laquelle nous faisons face aujourd’hui requiert un changement dans notre façon de produire des produits chimiques. C’est dans cet esprit que de nouveaux procédés sont développés, utilisant la biomasse au lieu des combustibles fossiles. Une molécule plateforme bio-sourcée prometteuse est le sorbitol, grâce à ses nombreuses applications et ses nombreux dérivés, ainsi, beaucoup d’intérêt a été porté à cette molécule. Le sorbitol peut être obtenu à partir de déchets lignocellulosiques et, plus précisément, de la cellulose par hydrolyse en unités glucose suivie par l’hydrogénation. Alors que les catalyseurs de ruthénium et le nickel de Raney sont utilisés dans l’industrie pour l’hydrogénation du glucose, beaucoup de recherches se concentrent sur l’optimisation de cette réaction et du catalyseur en changeant les métaux et le support. Durant ce mémoire, des nouveaux catalyseurs supportés sur nanoplaquettes de graphène ont été préparés. Pour ce faire, un ligand portant une entité pyrène a premièrement été synthétisé et a réagit avec des composés de Fe, de Ni et de Ru afin d’obtenir les précurseurs métalliques. Les catalyseurs supportés sur nanoplaquettes de graphène ont été préparés via des interactions π-π entre le précurseur contenant du pyrène et le support. Les catalyseurs bimétalliques de ruthénium, de nickel et/ou de fer ont été caractérisés par XPS, ICP et TEM et testés dans l’hydrogénation sélective du glucose en sorbitol sous une pression de 30 bars en hydrogène et à une température de 160°C. L’utilisation des interactions π-π pour produire ces catalyseurs ont induit une bonne dispersion des particules de ruthénium et du fer sur le support carboné. Au contraire, pour le nickel, la dispersion a été compromise puisque le ligand n’était pas le même que pour les deux autres métaux. Alors que les tests catalytiques réalisés avec les catalyseurs de ruthénium montrent des bons résultats en termes de conversion, la température de 160°C a induit des réactions secondaires qui ont affecté la sélectivité. Des tests à plus basse température devraient donc être envisagés dans le futur afin d’étudier plus précisément l’impact de chaque métal et des effets bimétalliques sur la réaction catalysée. The ecological crisis we are facing today requires us to change the way of producing chemicals. It is in that spirit that new processes are being developed, using biomass instead of fossil fuels. One of the promising bio-sourced platform molecule is sorbitol, due to its large range of applications and derivatives, therefore a lot of interest is shown in this molecule. Sorbitol can be obtained from lignocellulosic waste and more precisely from cellulose by hydrolysis into glucose units and further hydrogenation. While ruthenium catalysts and Raney nickel catalysts are used in the industry for glucose hydrogenation, a lot of research is still focused on optimizing this reaction and the choice of catalyst by varying the metals and the support. During this Master thesis, new catalysts supported on graphene nanoplatelets were prepared. To this end, a ligand bearing a pyrene entity was first synthetized and reacted with Ni, Ru and Fe compounds to obtain metallic precursors. The catalysts supported on graphene nanoplatelets were prepared via π-π interactions of the pyrene-bearing precursors with the support. The produced ruthenium, nickel and/or iron bimetallic catalysts were characterized by XPS, ICP and TEM and tested in the selective hydrogenation of glucose into sorbitol under a pressure of 30 bars in hydrogen and a temperature of 160°C. The use of π-π interactions to produce the catalysts induced a good dispersion of the ruthenium and iron particles on the carbonaceous support. By opposition, for nickel, the dispersion was compromised since the used starting compound was not the same as for the two other metals. While the catalytic tests carried out with the ruthenium catalysts showed good results in terms of conversion, the temperature of 160°C induced secondary reactions, affecting the selectivity. Tests at a lower temperature should thus be envisaged in the future to study more precisely the impact of each metal and bimetallic effects on the catalyzed reaction.