Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode plus sûre et plus économique pour produire de l’acétone en utilisant la lumière et un catalyseur photoactif au chlorure de fer, simplifiant le processus et réduisant le besoin d’étapes à haute température et haute pression. Cette innovation pourrait révolutionner la production d’acétone en utilisant la lumière du soleil et en l’étendant à un usage industriel, promettant une sécurité et une durabilité accrues.
L’acétone, un intrant clé pour l’industrie chimique, est traditionnellement fabriquée selon un procédé complexe et risqué. Des chercheurs du Brésil et d’Allemagne ont collectivement forgé une approche plus respectueuse de l’environnement.
L’acétone joue un rôle central dans l’industrie chimique, servant de composant essentiel dans la création de divers produits, notamment des adhésifs, des antibiotiques, des pièces électroniques, des solvants, des décapants pour peinture, des encres et des vitamines. Cependant, sa production est complexe et dangereuse. Pour simplifier le processus et le rendre plus sûr et moins cher, des chercheurs brésiliens et allemands ont développé une méthode innovante qui utilise uniquement de la lumière et du chlorure de fer photoactif (FeCl3), un composé chimique peu coûteux.
Un article sur la recherche, financée par la FAPESP, a été récemment publié dans la revue Catalyse ACS.
Le procédé standard de fabrication de l’acétone, connu sous le nom de procédé Hock ou cumène, comprend plusieurs étapes. Le propane, un produit pétrolier, est converti en propylène, un gaz hautement inflammable, qui réagit avec le benzène puis avec l’oxygène à des températures et des pressions élevées pour donner naissance à l’acétone. Ces réactions produisent également du phénol, un composé pour lequel la demande est moindre mais qui peut être transformé en substances à valeur ajoutée, bien que cela soit coûteux.
La méthode alternative développée par des scientifiques affiliés à l’Université fédérale de São Carlos (UFSCar) et à l’Université fédérale de Minas Gerais (UFMG) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’Institut Max Planck des colloïdes et interfaces en Allemagne, est basée sur le propane. oxydation et réaction photocatalytique utilisant le chlorure de fer comme catalyseur homogène en présence de lumière.
La stratégie alternative repose sur l’oxydation du propane en utilisant du chlorure de fer comme catalyseur homogène en présence de lumière. Crédit : Vitor Gabriel Pastana
« Nous avons découvert que lorsque le chlorure de fer est irradié à certaines longueurs d’onde, il produit le radical chlore, qui est un puissant oxydant et brise la liaison entre le carbone et l’hydrogène (active la liaison CH), donnant naissance à un radical qui conduit en présence de l’oxygène à la formation d’acétone », a déclaré Ivo Freitas Teixeira, professeur au département de chimie de l’UFSCar et dernier auteur de l’article. « Nous avons obtenu une réaction très importante d’une manière absolument différente et en utilisant des éléments très simples. »
La preuve que la réaction était véritablement pilotée par les radicaux chlorés produits par photolyse Fe-Cl a été obtenue au moyen d’études mécanistiques, notamment la spectrométrie de masse, une technique analytique qui identifie les composants d’un mélange en déterminant le poids moléculaire de leurs particules.
Parmi les avantages du procédé, il y a le fait qu’il est direct – en évitant la production de propylène dans les étapes intermédiaires – et plus sûr car il n’implique pas de réactions de l’oxygène à des températures et pressions élevées ni d’intermédiaires inflammables et dangereux. De plus, il réduit la consommation d’énergie et les coûts car il comporte moins d’étapes et se produit à température ambiante (25 °C).
Les expériences ont utilisé des diodes électroluminescentes (DEL) comme source de lumière, mais les chercheurs prévoient d’utiliser la lumière du soleil à l’avenir, ce qui rendra la méthode encore plus durable.
Demande de brevet et prochaines étapes
Une demande de brevet a été déposée auprès de l’Institut national de la propriété industrielle (INPI), l’office des brevets du Brésil, et des partenariats avec des entreprises sont recherchés pour développer et commercialiser le nouveau procédé. « Cela pourrait perturber complètement la production d’acétone dans l’industrie chimique, en améliorant la sécurité et la durabilité et en ouvrant la voie à une production directe d’acétone, ce qui réduirait les coûts et augmenterait la compétitivité », a déclaré Teixeira.
Les principaux défis, a-t-il ajouté, sont la grande échelle des processus dans l’industrie pétrochimique et le fait qu’il n’existe pas encore de méthodes commerciales de photocatalyse.
La recherche continue également de se développer dans deux directions : tester la nouvelle méthode avec d’autres substances, comme le méthane ; et rechercher des moyens d’intensifier le processus afin d’augmenter la production et le rendement industriels.
L’étude a été financée par la Fondation de recherche de São Paulo.
