Projet ANR-13-CDII-0007 – HYSINANO : Procédé d'hydrosilylation des oléfines mettant en oeuvre des catalyseurs nanostructurés
Programme : Chimie Durable – Industries, Innovation (CD2I)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Valérie MEILLE (Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques)
Partenaires : BLUESTAR SILICONES FRANCE SAS; CPE LYON FORMATION CONTINUE ET RECHERCHE; Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés; Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques
Montant : 371604.0 euros
Durée : 42 mois
Résumé : Procédé d'hydrosilylation des oléfines mettant en œuvre des catalyseurs nanostructurésLe 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 oléfinesLe 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 catalytiquesAprès 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.
Résumé de la 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.
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.
Publications et brevets : Article soumis.