La conversion catalytique de la biomasse en biocarburant liquide et en produits chimiques à haute valeur ajoutée devient hautement stratégique afin de faire évoluer notre mode de vie de l’utilisation intensive des combustibles fossiles vers des bioressources plus respectueuses de l’environnement et durables permettant une bonne fermeture du cycle du carbone. Le polymère de lignine représente l’un des constituants de la biomasse lignocellulosique et est considéré comme l’une des principales ressources disponibles dont la valorisation à l’échelle industrielle reste encore nécessaire. Pour y parvenir, différents procédés sont actuellement étudiés tels que la pyrolyse rapide, l’hydrolyse, la dépolymérisation oxydative et l’hydrogénolyse. Cette dernière est considérée comme la méthode la plus prometteuse pour un clivage efficace et sélectif des liaisons CO. Néanmoins, en raison des conditions de réaction drastiques, cela conduit souvent à la formation d’aromatiques non fonctionnels limitant les applications aux carburants. Les catalyseurs à base de nickel ont été signalés dans la littérature comme l’un des matériaux à base non noble capables d’offrir un clivage sélectif du CO, empêchant une hydrogénolyse/hydrogénation excessive afin que des aromatiques fonctionnels puissent être obtenus. De plus, les coûts liés à leur synthèse et à leur utilisation restent faibles par rapport aux catalyseurs classiques à base de métaux nobles couramment utilisés. ¹ Parmi cette classe de catalyseurs, il apparaît que l’utilisation de phosphates à base inorganique comme support de catalyseur offre de nombreux avantages : un moyen de synthèse facile, une stabilité élevée dans les conditions de réaction aqueuses et une polyvalence grâce à un contrôle facile des propriétés acide/base et d’hydrogénation. ^2-3 Ajuster finement ces propriétés offrira un moyen de contrôler la sélectivité de la réaction.

Dans la présente proposition de doctorat, nous visons à synthétiser, caractériser et tester leur capacité catalytique à dépolymériser la lignine en produits chimiques monomères de valeur sous forme d’unités C9. Pour la conception du catalyseur, différentes stratégies pourraient être suivies. La première consiste à explorer l’utilisation de matériaux très stables comme LnPO ₄ ·nH ₂ O (Ln = lanthanides)), Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ X (X = F, OH, Cl) ou Na ₂ M ^IV (PO ₄ ) ₂ (M = …) comme matrices hôtes pour le dépôt de métaux 3D capables d’agir comme sites actifs pour l’hydrogénolyse de la lignine. Dans un second temps l’objectif sera d’explorer la formation de nouveaux composés possédant des éléments de transition par dopage de matrices hôtes phosphates identifiées ou par synthèse de nouveaux composés phosphatés contenant du nickel, du cuivre ou d’autres éléments 3D dans leur structure et l’évaluation également de leur stabilité dans les conditions de travail. et la capacité de cliver les liaisons CO. Tous les catalyseurs seront appliqués à la dépolymérisation de la lignine technique, soit isolée de la liqueur noire par précipitation, soit extraite de diverses biomasses par cuisson de courte durée ou par méthode Organosolv. Il convient de noter que les tests catalytiques seront effectués dans des conditions de réaction douces, en appliquant généralement une température de réaction inférieure à 100 °C et une pression d’hydrogène inférieure à 20 bars.

Les matériaux et produits obtenus seront entièrement caractérisés par une variété de techniques disponibles à l’IRCELYON telles que PXRD, SEM, TEM, BET, NMR.

Les références:

1. Ma, H. ; Li, H. ; Zhao, W. ; P’tit.; Liu, S. ; Longue, J. ; Li, X., Dépolymérisation sélective de la lignine catalysée par du nickel supporté sur phosphate de zirconium. Chimie verte 2019, 21 (3), 658-668.

2. Jiang, L. ; Xu, G. ; Fu, Y., Clivage catalytique de la liaison C – O dans la lignine et les éthers aryliques dérivés de la lignine sur des catalyseurs Ni/AlPyOx. ACS Catalyse 2022, 12 (15), 9473-9485.

3. Jin, S. ; Chen, X. ; Li, C. ; Tsang, C.-W.; Lafaye, G. ; Liang, C., Hydrodésoxygénation d’éthers diaryliques dérivés de la lignine en aromatiques et alcanes en utilisant du nickel sur du phosphate de niobium dopé au Zr. ChimieSelect 2016, 1 (15), 4949-4956.

Catégorie de financement : Contrat doctoral
bourse doctorale
PHD Pays : France