Les molécules creux en forme de citrouille peuvent séparer efficacement les hydrocarbures précieux de l'huile brute, ont montré des chercheurs de KAUST. Ces «tamis moléculaires», connus sous le nom de cucurbiturilles, pourraient permettre une approche plus durable de la production de matières premières pour l'industrie chimique.
Les résultats apparaissent dans le journal Durabilité naturelle.
Le pétrole brut est un mélange complexe d'hydrocarbures vital pour presque tous les aspects de la vie, des carburants aux plastiques. Le cyclohexane, par exemple, est utilisé dans la production de nylon, mais l'isoler à une pureté suffisante implique généralement de multiples étapes de distillation fractionnée à forte intensité d'énergie.
L'équipe KAUST a maintenant développé une stratégie de séparation alternative basée sur les Cucurbiturilles, du nom de sa ressemblance avec les citrouilles de la famille des plantes Cucurbitaceae. Ceux-ci sont disponibles en différentes tailles et ont des cavités sphériques qui peuvent piéger d'autres molécules.
Lorsque les chercheurs ont dissous un cucurbituril appelé CB (7) dans l'eau et l'ont mélangé avec de l'huile brute à température ambiante et à la pression, CB (7) a tiré du cyclohexane et quelques hydrocarbures étroitement apparentés dans sa cavité. L'huile et l'eau se sont naturellement séparées en deux couches afin que l'eau puisse être enlevée avec CB (7) et sa cargaison. Ces hydrocarbures ont ensuite été lavés de CB (7) en utilisant un solvant commun.
Étant donné que les hydrocarbures et le solvant ont des points d'ébullition significativement différents, ils pourraient être facilement séparés par des processus de distillation simples et relativement économes en énergie.
« Il nécessite beaucoup moins d'énergie que la distillation du pétrole brut, qui implique de nombreux composants avec des points d'ébullition similaires et des interactions complexes », explique Niveen M. Khashab, qui a mené la recherche.
Le processus a bien fonctionné dans des conditions chimiques difficiles – y compris l'acide, l'alcali et le sel – et le CB (7) et le solvant pourraient être recyclés à plusieurs reprises.
« Grâce à la bonne recyclabilité du système aqueux CB (7), l'utilisation de l'eau nette reste faible », ajoute Gengwu Zhang, membre de l'équipe.
La distillation du pétrole brut n'est pas la seule méthode utilisée pour produire du cyclohexane. Un certain cyclohexane est produit par une réaction chimique impliquant du benzène, mais les séparer est difficile en raison de leurs points d'ébullition similaires. Lorsque l'équipe KAUST a testé CB (7) sur un mélange 50:50 de benzène et de cyclohexane, ils ont constaté qu'il pouvait fournir du cyclohexane de plus de 99,6% de pureté après une seule extraction.
Ils ont également testé CB (7) sur un mélange appelé distillat d'huile brut, qui comprend environ 2,5% de cyclohexane aux côtés de nombreux autres hydrocarbures avec des points d'ébullition comparables. Encore une fois, le Cucurbituril a fourni du cyclohexane avec une pureté de plus de 99%.
« CB (7) lie le cyclohexane ainsi sélectivement parce que sa cavité sphérique correspond étroitement à la taille et à la forme de la molécule de cyclohexane, permettant des interactions hôte-invité solides et spécifiques », explique Zhang.
Le CB (7) est également facilement synthétisé à partir d'ingrédients bon marché et est très stable, ce qui lui permet d'être réutilisé plusieurs fois.
Les chercheurs estiment que leur méthode de séparation basée sur CB (7) pourrait utiliser environ 57% à 82% moins d'énergie que la distillation extractive conventionnelle, ce qui en fait une alternative plus durable et potentiellement rentable. Ils espèrent désormais régler la taille de la cavité et les propriétés de liaison d'autres molécules creuses pour extraire une gamme plus large de composants d'huile brute.
« Nous travaillons actuellement sur la mise à l'échelle du processus et l'exploration des collaborations avec l'industrie », explique Khashab.
