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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Une nouvelle voie de synthèse non-polluante pour obtenir des zéolithes de taille nanométrique

La zéolithe faujasite (FAU) joue un rôle majeur en catalyse, notamment en craquage (FCC) et hydrocraquage (HCK) de pétroles lourds en carburants. Actuellement, les nanocristaux de faujasite sont obtenues à l’aide d’un agent structurant organique non-respectueux de l'environnement, non-recyclable et coûteux. Des chercheurs du Laboratoire catalyse et spectrochimie (CNRS/ENSICAEN/Université de Caen) et du Laboratoire de cristallographie et science des matériaux (CNRS/ENSICAEN/Université de Caen) (viennent de mettre au point une nouvelle approche pour la conception rationnelle de ces nanocristaux, en l’absence d’agent structurant organique. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Materials.

 

Les zéolithes sont des aluminosilicates poreux naturels ou synthétiques. Ce sont de véritables tamis dont les pores réguliers ont des tailles proches du nanomètre. Ces matériaux sont très largement utilisés en catalyse et en séparation. La faujasite (FAU) est, par exemple, une zéolithe qui joue un rôle majeur en catalyse pour le craquage de pétroles lourds en carburants.

Obtenir des cristaux de taille nanométriques de faujasite (FAU) qui présentent une activité catalytique particulièrement élevée est un enjeu majeur dans le domaine du raffinage, de la  pétrochimie et de la chimie fine, pour produire le plus efficacement possible les carburants actuels et du futur. Actuellement, ces nanoparticules sont obtenues à l’aide d’un agent structurant organique (souvent appelé template).  En optimisant le type et la quantité de template ainsi que la composition des précurseurs de départ en suspension, des nanocristaux de faujasite « performants » ont pu être préparés. Toutefois, l’utilisation de templates présente plusieurs inconvénients. En effet, ils ne sont pas respectueux de l'environnement, sont non- recyclables et coûteux. De plus, leur élimination en fin de synthèse par calcination entraine une agrégation irréversible des nanocristaux diminuant ainsi leurs propriétés catalytiques.

Les chercheurs caennais ont réalisé une première mondiale en mettant au point une nouvelle approche pour la conception rationnelle de nanocristaux de faujasite, en l’absence totale d’agent structurant organique. La zéolithe FAU ainsi obtenue possède des propriétés exceptionnelles : les cristallites sont très petites (10-15 nm) et mono-dispersées, le rendement de leur synthèse très élevé (supérieur à 80 %) et leur volume microporeux comparable à celui de cristaux de taille micrométrique. De plus, ces nanocristaux présentent une excellente stabilité thermique et des performances catalytiques uniques en désalkylation de 1,3,5-triisopropylbenzène, molécule pourtant très encombrée, qui se tranforme principalement à la surface externe des cristaux et non à l’intérieur des pores. De plus, leur excellente stabilité colloïdale permet leur dispersion uniforme sur des supports (films minces ou épais) permettant d’envisager de nombreuses applications en catalyse et dans de nombreux domaines émergents.

 

mintova

© Richard Retoux

 

Référence

Hussein Awala, Jean-Pierre Gilson, Richard Retoux, Philippe Boullay, Jean-Michel Goupil, Valentin Valtchev, Svetlana Mintova

Engineering of Template-Free Nanosized FAU-type Zeolites

Nature Materials 5 janvier 2015


Contact chercheur 

Svetlana Mintova, Laboratoire catalyse et spectrochimie – Caen

Courriel : svetlana.mintova@ensicaen.fr

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

6 janvier 2015

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