Transformation de polyols en phase aqueuse par catalyse hétérogène bifonctionnelle

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.A new way of biofuels synthesis was recently proposed: the direct transformation of sorbitol (ex-lignocellulose hydrogenated sugar) into light hydrocarbons (maximum six carbon atoms) in aqueous phase by metal/acid bifunctional heterogeneous catalysis, following the reaction : C6O6H14 + 6 H2 -> C6H14 + 6 H2O (dehydration/hydrogenation of sorbitol into hexane). The aim of the PhD work is to identify stable and active bifunctional catalytic systems with selectivity to 5-6 carbon atoms hydrocarbons, which can be further upgraded into gasoline. The first studied systems are platinum and ruthenium catalysts supported on silica-alumina. These catalysts are not stable in hydrothermal medium and catalyse undesired C-C cleavage reactions such as decarbonylation for platinum (leading to CO2) and hydrogenolysis or methanation for ruthenium. That is why new catalytic systems have been prepared by mechanical mixing of metallic catalysts (Pt, Pd, Ir) supported on zirconia and tungstated oxides (ZrO2-WOx, Al2O3-WOx, TiO2-WOx). These catalytic systems present an improved hydrothermal stability compared to the silica-alumina based catalysts. Various selectivities are obtained depending on the oxide and metal natures. Particularly, A new catalytic system, Pt/ZrO2 + TiO2-WOx, (patent 12/01.546), was found to be active and very selective to C6 compounds. Finally, the reaction mechanisms involved in the sorbitol transformation reaction have been discussed, referring to model reactivity tests.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF

Acid-modified clays as green catalysts for the hydrolysis of hemicellulosic oligosaccharides

The hydrolysis of hemicellulosic oligosaccharides (OS) was investigated using acid-activated clays (prepared from natural Porto Santo montmorillonite clay) as catalysts. Acid activation was performed in HCl solution or with aluminium exchange. The clay catalysts were characterized by XRD, N2 adsorption isotherms, CEC, FTIR, titration of acid sites in water and adsorption of sugars and disaccharides. They were tested for the hydrolysis of a model compound, maltose, and of OS-rich liquor from rice straw fractionation. The HCl-activated clays were the most efficient catalysts for maltose hydrolysis. It was demonstrated that the hydrolysis of OS into monomer sugars over a clay catalyst is technically feasible and that this reaction leads to the selective removal of glucose, arabinose and acetic acid side groups from the OS structure, thus yielding simpler xylo-oligosaccharide chains. Furthermore, no significant conversion of monomer sugars into furans was observed

Combination of Autohydrolysis and Catalytic Hydrolysis of Biomass for the Production of Hemicellulose Oligosaccharides and Sugars

Three different types of biomass sourced from forestry waste (eucalyptus residues), agricultural waste (wheat straw), and energy crop (miscanthus) were used as starting materials to produce hemicellulosic sugars, furans (furfural and hydroxymethylfurfural), and oligosaccharides. A two-step hybrid process was implemented; biomass was first autohydrolysed without any additive to extract hemicelluloses and dissolve it in water. Then, the hydrolysate was treated with a solid acid catalyst, TiO2-WOx, in order to achieve hydrolysis and produce monomeric sugars and furans. This article investigates the role of the biomass type, autohydrolysis experimental conditions, polymerisation degree and composition of hemicelluloses on the performance of the process coupling autohydrolysis and catalytic hydrolysis. The highest global yields of both oligosaccharides and monomeric sugars were obtained from Eucalyptus (37% and 18%, respectively)

Polyols transformation in aqueous phase by bifunctional heterogeneous catalysis

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.A new way of biofuels synthesis was recently proposed: the direct transformation of sorbitol (ex-lignocellulose hydrogenated sugar) into light hydrocarbons (maximum six carbon atoms) in aqueous phase by metal/acid bifunctional heterogeneous catalysis, following the reaction : C6O6H14 + 6 H2 → C6H14 + 6 H2O (dehydration/hydrogenation of sorbitol into hexane). The aim of the PhD work is to identify stable and active bifunctional catalytic systems with selectivity to 5-6 carbon atoms hydrocarbons, which can be further upgraded into gasoline. The first studied systems are platinum and ruthenium catalysts supported on silica-alumina. These catalysts are not stable in hydrothermal medium and catalyse undesired C-C cleavage reactions such as decarbonylation for platinum (leading to CO2) and hydrogenolysis or methanation for ruthenium. That is why new catalytic systems have been prepared by mechanical mixing of metallic catalysts (Pt, Pd, Ir) supported on zirconia and tungstated oxides (ZrO2-WOx, Al2O3-WOx, TiO2-WOx). These catalytic systems present an improved hydrothermal stability compared to the silica-alumina based catalysts. Various selectivities are obtained depending on the oxide and metal natures. Particularly, A new catalytic system, Pt/ZrO2 + TiO2-WOx, (patent 12/01.546), was found to be active and very selective to C6 compounds. Finally, the reaction mechanisms involved in the sorbitol transformation reaction have been discussed, referring to model reactivity tests

Hydrolysis of Cellobiose and Xylan over TiO 2 -Based Catalysts

International audienc

Transformation of Sorbitol to Biofuels by Heterogeneous Catalysis: Chemical and Industrial Considerations Transformation du sorbitol en biocarburants par catalyse hétérogène : considérations chimiques et industrielles

Decreasing oil supplies and increasing energy demand provide incentives to find alternative fuels. First, the valorisation of edible crops for ethanol and biodiesel production led to first generation biofuels. Nowadays, research is focused on lignocellulosic biomass as a source of renewable carbon (second generation biofuels). Whereas the cellulosic ethanol production is in progress, a new way consisting of the transformation of ex-lignocellulose sugars and polyols towards light hydrocarbons by heterogeneous catalysis in aqueous phase has been recently described. This process is performed under mild conditions (T La raréfaction du pétrole et l’augmentation conjointe de la demande en carburants ont conduit à la recherche de carburants alternatifs. Dans un premier temps, la valorisation de ressources agricoles alimentaires pour la production d’éthanol et de biodiesel a permis de développer les biocarburants de première génération. Aujourd’hui les travaux de recherche s’orientent vers l’utilisation de biomasse lignocellulosique comme source de carbone renouvelable (biocarburants de deuxième génération). Alors que la filière de l’éthanol cellulosique est en plein développement, une nouvelle voie consistant à transformer des sucres et polyols d’origine lignocellulosique en alcanes légers par catalyse hétérogène bifonctionnelle en phase aqueuse a été récemment décrite. Ce procédé s’effectue à basse température et pression modérée (T < 300 °C et P < 50 bar). Il nécessite, d’une part, la formation d’hydrogène par reformage catalytique de carbohydrates en phase aqueuse et, d’autre part, la déshydratation/hydrogénation de polyols conduisant à un alcane par ruptures sélectives des liaisons C-O. Un défi lié à cette thématique réside dans le développement de systèmes catalytiques multifonctionnels stables, actifs et sélectifs dans les conditions de la réaction de transformation. L’objectif de l’article est de présenter les réactions mises en jeu, les systèmes catalytiques décrits dans la littérature pour ce type de transformation ainsi que des exemples d’applications industrielles

Sorbitol transformation in aqueous medium: Influence of metal/acid balance on reaction selectivity

International audienceThe effect of the metal/acid balance of Pt/SiO2-Al2O3 catalysts on the catalytic transformation of sorbitol in aqueous medium was investigated, using four mechanical mixtures of Pt/SiO2-Al2O3 and SiO2-Al2O3 (100:0; 50:50; 25:75; 0:100). The results show that the metal/acid balance has a strong impact on catalytic performances, tuning the yields in alkanes, alcohols, ketones and heterocycles. An optimum in the metal/acid balance is obtained with the 50: 50 mechanical mixture: when the metallic function is introduced in higher quantity, the C-C cleavage pathway is favoured and leads to an important CO2 yield; on the contrary, a too low proportion of platinum atoms induces a lack of metallic sites for the hydrogenation reaction. Nevertheless many hydrocarbons containing 1-4 carbon atoms are still obtained with the best balanced catalyst, evidencing some C-C cleavage activity. Hydrocarbon selectivity could be improved by new more hydrogenating metallic phases and new supports with a stronger acidity in wate

Hydrocarbon fuel synthesis from sorbitol over bifunctional catalysts: Association of tungstated titania with platinum, palladium or iridium

International audienceTo selectively transform sorbitol into hydrocarbons in aqueous phase, new bifunctional catalytic systems are designed by associating a hydrogenating metallic catalyst (M/ZrO2, M = Pt, Ir or Pd) and a dehydratingacidic catalyst (TiO2–WOx) in a mechanical mixture. Zirconium oxide was chosen as support because ithas virtually no dehydration activity and gives a good stability to the metal in water. This stability isevaluated through several characterizations before and after contact with the aqueous reaction medium.It is proposed that stability in water is driven by two parameters. The support stability is a key parameterfor the overall catalyst stability, and the metal–support interaction determines the sintering extent. Thenature of the metal has also an important influence on the activity and selectivity of the bifunctionalM/ZrO2+ TiO2–WOxsystem for sorbitol transformation. Pd and Ir are slightly active and mainly trans-form sorbitol into isosorbide, whereas Pt is selective for long-chain alkane production. The mass ratiobetween metallic and acidic catalysts in the mechanical mixture also modifies the yield structure, witha Pt/ZrO2:TiO2–WOx20:80 ratio for optimal liquid hydrocarbons production