Transformation catalytique en phase aqueuse de molécules issues de la biomasse PDF Download
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Author: Madjid Ouali
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Languages : fr
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Book Description
La synthèse du 1,4-butanediol (BDO) ou du 1,5-pentanediol (1,5-PDO) à partir de ressources renouvelables, constitue un véritable défi pour une chimie durable. La transformation de molécules issues de la biomasse à travers la réaction d'hydrogénation de l'acide succinique (SUC) ou d'hydrogénolyse de l'alcool tétrahydrofurfurylique (THFA), est une des voies possibles pour l'obtention sélective de ces diols. Ces réactions sont réalisées à partir de solutions aqueuses (5% en masse) dans des conditions opératoires (120-180 °C ; 80-150 bar H2) en présence d'un catalyseur hétérogène à base d'un métal noble (Pd, Pt, Rh) et d'un métal promoteur (Re, Mo) supportés sur deux oxydes métalliques (TiO2 ou ZrO2) commerciaux ou synthétisés par le procédé sol-gel non-hydrolytique (SGNH). A partir de SUC, des rendements en BDO de l'ordre de 90% ont été obtenus à 160 °C sous 150 bar H2, en présence des catalyseurs ReOx-Pd supportés sur ZrO2 (commerciale ou SGNH) de phase monoclinique (M) et en présence des catalyseurs Pd supportés sur oxydes mixtes ReOx-TiO2 SGNH. Cependant, une forte lixivitation du Re (ca. 40-60%) est observée en milieu réactionnel sous atmosphère inerte. L'utilisation de la ZrO2 SGNH de phase tétragonale (T) conduit à des catalyseurs beaucoup moins actifs. La phase T de ces supports est transformée en phase M au cours de la préparation du catalyseur en milieu aqueux. Cette phase est stabilisée par introduction dans le support de dopants (Y ou Mo). A partir du THFA, le meilleur rapport conversion (ca.60%)-sélectivité en 1,5-PDO (> 90%) est obtenu à 120 °C sous 80 bar H2, en présence des catalyseurs ReOx-Rh supportés sur (TiO2 ou ZrO2 (M)) commerciaux. Dans les deux réactions, des résultats prometteurs ont été obtenus en substituant le Re par du Mo dans les catalyseurs bimétalliques.
Author: Madjid Ouali
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La synthèse du 1,4-butanediol (BDO) ou du 1,5-pentanediol (1,5-PDO) à partir de ressources renouvelables, constitue un véritable défi pour une chimie durable. La transformation de molécules issues de la biomasse à travers la réaction d'hydrogénation de l'acide succinique (SUC) ou d'hydrogénolyse de l'alcool tétrahydrofurfurylique (THFA), est une des voies possibles pour l'obtention sélective de ces diols. Ces réactions sont réalisées à partir de solutions aqueuses (5% en masse) dans des conditions opératoires (120-180 °C ; 80-150 bar H2) en présence d'un catalyseur hétérogène à base d'un métal noble (Pd, Pt, Rh) et d'un métal promoteur (Re, Mo) supportés sur deux oxydes métalliques (TiO2 ou ZrO2) commerciaux ou synthétisés par le procédé sol-gel non-hydrolytique (SGNH). A partir de SUC, des rendements en BDO de l'ordre de 90% ont été obtenus à 160 °C sous 150 bar H2, en présence des catalyseurs ReOx-Pd supportés sur ZrO2 (commerciale ou SGNH) de phase monoclinique (M) et en présence des catalyseurs Pd supportés sur oxydes mixtes ReOx-TiO2 SGNH. Cependant, une forte lixivitation du Re (ca. 40-60%) est observée en milieu réactionnel sous atmosphère inerte. L'utilisation de la ZrO2 SGNH de phase tétragonale (T) conduit à des catalyseurs beaucoup moins actifs. La phase T de ces supports est transformée en phase M au cours de la préparation du catalyseur en milieu aqueux. Cette phase est stabilisée par introduction dans le support de dopants (Y ou Mo). A partir du THFA, le meilleur rapport conversion (ca.60%)-sélectivité en 1,5-PDO (> 90%) est obtenu à 120 °C sous 80 bar H2, en présence des catalyseurs ReOx-Rh supportés sur (TiO2 ou ZrO2 (M)) commerciaux. Dans les deux réactions, des résultats prometteurs ont été obtenus en substituant le Re par du Mo dans les catalyseurs bimétalliques.
Author: Thibault Rafaïdeen
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La biomasse lignocellulosique est une ressource renouvelable et un réservoir presque inépuisable de carbone et d'hydrogène pour de nombreuses applications énergétiques et/ou de chimie fine. La biomasse lignocellulosique est composée principalement de biopolymères (la cellulose, l'hémicellulose et la lignine), dont deux (la cellulose et l'hémicellulose) sont composés de sucres (glucose, xylose, mannose, galactose, etc.). L'oxydation de ces sucres, notamment le glucose et le xylose, permettent la production de molécules plateformes à haute valeur ajoutée comme les acides gluconique, glucarique, xylonique, etc. Avec un catalyseur adéquat, il est possible d'orienter dans un réacteur électrochimique l'oxydation de ces sucres vers les molécules désirées avec la co-production de dihydrogène.Des nanoparticules mono- et bi-métalliques de palladium et d'or supportées sur du carbone (PdxAu10-x/C, avec x = 0, 1, 3, 5, 7, 9, 10) ont été synthétisées par la méthode colloïdale appelée « water-in-oil ». Ces catalyseurs ont été caractérisés par des méthodes physico-chimiques et électrochimiques afin de connaître les relations entre composition, structure et réponse électrochimique. La réactivité du glucose et du xylose en milieu alcalin a été évaluée pour déterminer le catalyseur offrant la meilleure conversion. Une étude de la sélectivité de ces catalyseurs a été réalisée par spectroscopie infrarouge in-situ. Le meilleur catalyseur en termes d'activité et de sélectivité a été utilisé à l'anode d'une cellule d'électrolyse de 25cm2 et des électrolyses de solutions alcalines de glucose ou de xylose ont été menées à différentes tensions et concentrations en sucres afin d'évaluer la distribution de produits de réaction par HPLC et RMN 1H à haut taux de conversion des réactifs. Après étude de l'influence de la composition de catalyseurs PdxAu10-x/C, l'influence de la structure de surface a été étudiée avec des nanoparticules de palladium synthétisées par méthode colloïdale permettant d'obtenir des nanosphères, des nanocubes et des nanooctaèdres non supportés. Ces nanoparticules présentent différentes orientations de surface majoritaires associées à leur forme. De plus, l'étude de la composition de surface en relation avec l'orientation de surface a été menée par dépôt d'adatomes d'or sur ces particules en les plongeant dans des solutions d'acide aurique à différentes concentrations. Les caractérisations des particules par MET et par voie électrochimique permettent de corréler les réponses électrochimiques et la structure/composition des surfaces. L'activité du glucose et du xylose ont été évaluées sur ces différentes particules.Les résultats montrent que les catalyseurs bimétalliques de palladium et d'or peuvent oxyder le glucose et le xylose de façon très sélective vers les acides gluconique et xylonique à très bas potentiels (inférieur à 0.4 V / ERH). L'étude de l'effet de la composition de surface a révélé que le catalyseur le plus actif et sélectif vers les acides sans rupture de liaison C-C est le Pd3Au7/C. Dans le cas des nanoparticules de forme contrôlée, les nanocubes, présentant préférentiellement une surface d'orientation (100), conduisent à la meilleure activité catalytique. Cette activité est accrue par l'adsorption d'or à un fort taux de recouvrement.
Author: Marcel Schlaf
Publisher: Springer
ISBN: 981287769X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 206
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Volume II presents the latest advances in catalytic hydrodeoxygenation and other transformations of some cellulosic platform chemicals to high value-added products. It presents the theoretical evaluation of the energetics and catalytic species involved in potential pathways of catalyzed carbohydrate conversion, pathways leading to the formation of humin-based by-products, and thermal pathways in deriving chemicals from lignin pyrolysis and hydrodeoxygenation. Catalytic gasification of biomass under extreme thermal conditions as an extension of pyrolysis is also discussed. Marcel Schlaf, PhD, is a Professor at the Department of Chemistry, University of Guelph, Canada. Z. Conrad Zhang, PhD, is a Professor at the Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, China.
Author: Léa Vilcocq
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Languages : fr
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Une nouvelle voie de synthèse de carburants à partir de biomasse a été récemment proposée : la transformation directe du sorbitol (sucre hydrogéné d'origine lignocellulosique) en alcanes légers (six atomes de carbone au maximum) en phase aqueuse par catalyse hétérogène bifonctionnelle métal/acide, suivant la réaction : C6O6H14 + 6 H2 → C6H14 + 6 H2O (déshydratation/hydrogénation du sorbitol en hexane). L'enjeu de la thèse est d'identifier des systèmes catalytiques bifonctionnels stables, actifs et sélectifs pour les hydrocarbures à 5 ou 6 atomes de carbone, valorisables dans le pool essence.Les premiers systèmes étudiés sont des catalyseurs à base de platine et de ruthénium supportés sur silice-alumine. Ces catalyseurs ne sont pas stables en milieu hydrothermal et catalysent des réactions indésirables de rupture C-C : la décarbonylation dans le cas du platine (conduisant au CO2) et l'hydrogénolyse ou la méthanation dans le cas du ruthénium. C'est pourquoi de nouveaux systèmes catalytiques ont été préparés par des mélanges mécaniques de catalyseurs métalliques (Pt, Pd, Ir) déposés sur zircone et d'oxydes tungstés (ZrO2-WOx, Al2O3-WOx, TiO2-WOx). Ces systèmes catalytiques présentent une stabilité en phase aqueuse meilleure que pour les catalyseurs à base de silice-alumine. Les sélectivités varient en fonction de la nature de l'oxyde et de la nature du métal utilisés. En particulier, Un nouveau système catalytique, Pt/ZrO2 + TiO2-WOx, (brevet 12/01.546) s'est révélé actif et très sélectif pour les composés en C6. Enfin, les mécanismes réactionnels mis en jeu pour la réaction de transformation du sorbitol ont été discutés en s'appuyant sur des tests de réactivité modèle.
Author: Matthieu Ozagac
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La pyrolyse rapide est un procédé thermochimique permettant la transformation de la biomasse lignocellulosique en liquide. Cette bio-huile n'est pas utilisable directement de par son instabilité thermique, sa faible capacité calorifique et son immiscibilité avec les hydrocarbures due à une teneur élevée en composés organiques oxygénés. Un procédé de raffinage prometteur est l'hydroconversion catalytique permettant la conversion de ces composés et le retrait significatif de l'oxygène. Cependant, des réactions compétitives telles que la condensation ou l'oligomérisation sont observées. Compte tenu de la complexité des bio-huiles, des molécules modèles sont étudiées pour mieux comprendre ces réactions. Les molécules choisies pour cette thèse sont le D-glucose, le furfural, l'acide acétique et le guaiacol dans l'eau. Les tests expérimentaux ont été effectués dans un réacteur fermé isotherme dont la charge est constituée de 150 g de mélanges et 15 g de catalyseur frais NiMo/?-Al2O3. La température d'étude varie entre 200°C et 300°C jusqu'à 3 h de réaction. Une pression d'H2 a été maintenue constante afin de rejoindre une pression totale de 13 MPa. Les réactions de désoxygénation et compétitives ont été observées à travers la complexification croissante de la charge assistée par une stratégie analytique multi-technique des effluents liquides et solides. L'hydroconversion catalytique du furfural et du D-glucose mène vers une grande variété de composés provenant de réactions d'hydrogénation, de déshydratation, de décarbonylation et de décarboxylation ou de retro-aldolisation. Une faible quantité de produits a été détectée par GC et LC mais, en parallèle, l'analyse SEC a mis en évidence la formation de macromolécules. En phase aqueuse, ces macromolécules précipitent au-delà de 700 g/mol PS équivalent. Les analyses 13C RMN de résidus solides formés par le D-glucose ont montré la présence de liaisons furaniques et aromatiques produites en phase liquide par des réactions de déshydratation. Le mélange à 4 composés a mis en évidence le rôle du guaiacol comme limitant de résidus en solubilisant et en réagissant avec ces macromolécules pour en former des structures dépassant 5000 g/mol PS équivalent. Les mêmes conditions opératoires ont été adoptées pour l'étude d'une bio-huiles de pyrolyse de résidus forestiers dont la conversion a montré des similitudes dans la formations et dans la structure des macromolécules.
Author: Davina Gnamien-Bla Messou
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La biomasse végétale (source de carbone renouvelable) peut être utilisée pour fabriquer des carburants liquides et produits de base pour la chimie. Ainsi depuis environ une dizaine d'années, se développe le procédé APHDO (Aqueous Phase HydroDeOxygenation) de transformation directe en phase aqueuse de polyols d'origine lignocellulosique (comme le sorbitol) en alcanes valorisables (C5-C6). Ce procédé repose sur une catalyse hétérogène bifonctionnelle métal/acide et fait intervenir des ruptures compétitives de liaisons C-C et C-O. L'objectif de la thèse est de mettre au point des systèmes bimétalliques supportés actifs et sélectifs pour la transformation du sorbitol en hexane. La modification d'un catalyseur de référence Pt/SiO2-Al2O3 par ajout de Re, Ir, Pd, Rh et Ru est effectuée par trois techniques de synthèse : co-imprégnation, imprégnations successives et dépôt par réduction catalytique. Les performances des catalyseurs bimétalliques sont comparées à isoconversion de sorbitol à celles des catalyseurs monométalliques parents pour un test catalytique réalisé en autoclave, avec une solution aqueuse à 10% massique de sorbitol, à 240°C et 60 bar de pression totale sous H2. Les produits se répartissent en phase gaz (CO2, alcanes en C1-C6) et liquide (composés oxygénés). Le sorbitane et l'isosorbide sont majoritairement formés en phase liquide, le dernier étant un intermédiaire clé de la transformation du sorbitol dans cette étude. Les catalyseurs Pt-Ru/SiO2-Al2O3 s'avèrent les plus sélectifs pour la réaction, celui préparé par imprégnations successives conduisant à une plus forte proportion de C6 en phase gaz comparé aux deux monométalliques Pt/SiO2-Al2O3 et Ru/SiO2-Al2O3.
Author: Xavier Besse
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La liquéfaction de biomasse en conditions hydrothermales est un procédé intéressant pour les ressources contenant naturellement une part importante d'eau. Ce type de procédé a lieu dans des conditions de hautes température et pression (250-370 °C, 50-250 bar). Dans ces circonstances, différentes propriétés physico-chimiques de l'eau sont modifiées permettant notamment de faciliter les réactions de dégradation des polymères structurant la biomasse. Ce travail de thèse a eu pour but l'étude de la réactivité en conditions hydrothermales de différentes molécules modèles représentant divers segments d'une biomasse concrète. L'effet de l'ajout de catalyseurs hétérogènes dans le milieu réactionnel a été étudié. Ces catalyseurs ont été caractérisés avant et après les avoir soumis à des conditions hydrothermales. Le catalyseur Pt/C synthétisé présentant des résultats prometteurs, différentes études cinétiques ont été menées sur les molécules modèles ciblées en présence de ce catalyseur.
Author: Etienne Girel
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Book Description
La transformation de la biomasse lignocellulosique requiert des conditions opératoires différentes de celles employées dans les procédés du raffinage et de la pétrochimie. Ainsi, certaines transformations de produits bio-sourcés sont opérées en phase aqueuse et en température (« conditions hydrothermales (HT) » : T > 200°C, eau liquide). Les catalyseurs hétérogènes industriels constitués de supports poreux oxydes comme l'alumine se révèlent alors inadaptés. Des modifications structurales et texturales sont observées induisant des performances catalytiques instables et incompatibles avec une viabilité industrielle d'éventuels procédés. La thèse propose de développer des matériaux catalytiques présentant des propriétés de stabilité hydrothermale adaptées au traitement des nouvelles matières premières que sont la biomasse et ses réactifs dérivés. La stratégie consiste à modifier la surface d'alumine afin de la rendre stable en conditions HT. Cette modification de surface est effectuée avec l'aide d'additifs organiques (carbone, polyols) ou inorganiques (silicium).Il est montré que l'alumine devient stable lors de la saturation de certains hydroxyles de sa surface localisés spécifiquement sur les faces basales des cristallites élémentaires. Des stratégies sont développées pour de déposer sélectivement du carbone ou du silicium sur ces sites en question. Une très bonne stabilité HT est ainsi obtenue avec un taux de recouvrement de la surface proche de 20% seulement. Une phase métallique est ensuite déposée sur les matériaux stabilisés et leurs performances catalytiques sont évaluées pour l'hydrogénolyse du glycérol.
Author: Alexandre Margeriat
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Languages : fr
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Book Description
La pyrolyse rapide de biomasse lignocellulosique produit des bio-huiles avec des rendements élevés mais ces liquides contiennent de nombreux composés oxygénés, une acidité élevée et de ce fait sont instables. Un hydrotraitement poussé de ces huiles est nécessaire avant qu'elles puissent être utilisées comme combustibles liquides. Afin de réduire le coût et d'améliorer les performances de l'hydrotraitement ultérieur, plusieurs stratégies ont été proposées pour réduire les teneurs en oxygène et en acides, comme l'ajout d'un lit catalytique après la pyrolyse. La conversion catalytique des vapeurs de pyrolyse permet une désoxygénation partielle avant la condensation des vapeurs. Dans ce contexte, nous avons étudié la conversion de molécules modèles, l'acide acétique et le gaïacol, sur différents catalyseurs acides afin d'identifier des phases actives performantes et de comprendre les mécanismes réactionnels. Dans un deuxième temps, un test de pyrolyse semi-continu combiné avec un réacteur catalytique a été conçu et mis en place et les meilleurs catalyseurs acides sélectionnés pour les molécules modèles ont été testés pour la conversion de bois de hêtre. Après conversion, un protocole de séparation des fractions a été appliqué et les fractions gaz, liquide et solide ont été caractérisées par différentes méthodes (?-GC, GC×GC, GPC, RMN...). Une attention particulière a été portée à la quantification des monomères dans la fraction liquide par GC×GC. Les bilans massiques atteignent plus de 90% et des bilans carbones ont été également réalisés dans les différentes fractions. L'ensemble des caractérisations et la comparaison entre pyrolyse avec et sans étape catalytique permet d'améliorer la compréhension du rôle du catalyseur dans la conversion des vapeurs de pyrolyse.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
