Mise au point d'une nouvelle technique permettant d'obtenir un intrant clé de l'industrie chimique sans émettre de CO₂
Des chercheurs produisent du peroxyde à partir d'oxygène en utilisant la photocatalyse pour contrôler le processus
Une étude publiée dans ACS Applied Materials & Interfaces, un journal de l'American Chemical Society, décrit une nouvelle méthode de production de peroxyde d'hydrogène (H2O2) sans émettre de dioxyde de carbone (CO2), l'un des principaux gaz à effet de serre et l'un des produits chimiques les plus produits dans le monde.
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Le peroxyde d'hydrogène est utilisé pour blanchir les tissus, la pâte à papier et le papier, et pour blanchir les dents. Il est également utilisé comme carburant de propulseur pour le contrôle de l'attitude des satellites, et comme désinfectant ou agent de stérilisation dans les hôpitaux. Quelque 2 millions de tonnes métriques de ce composé sont produites chaque année.
"Pour comprendre l'impact de nos résultats, il faut avant tout garder à l'esprit l'importance du H2O2 dans l'industrie chimique et la manière dont il est actuellement produit", a déclaré Ivo Freitas Teixeira, professeur de chimie à l'université fédérale de São Carlos (UFSCar), dans l'État de São Paulo, au Brésil. Il est titulaire d'un doctorat en chimie inorganique de l'Université de São Paulo (USP) et a été boursier Humboldt à l'Institut Max Planck des colloïdes et des interfaces de Potsdam, en Allemagne, entre 2019 et 2021.
"Tout ce peroxyde est produit par un processus qui implique l'anthraquinone [un composé dérivé de l'hydrolyse de l'anthracène, une substance toxique]. Dans ce processus, l'anthraquinone est réduite puis oxydée pour produire du H2O2. Les inconvénients de cette méthode sont le coût élevé de l'anthraquinone et l'utilisation de métaux précieux tels que le Pd [palladium] et leH2 [hydrogène] comme agents réducteurs. Cet hydrogène est produit par reformage du méthane à la vapeur, ce qui implique des températures élevées et libère duCO2, contribuant ainsi au réchauffement de la planète", a-t-il déclaré.
Dans l'étude, les chercheurs ont produit du peroxyde à partir d'oxygène (O2) en utilisant la photocatalyse pour guider le processus. Dans la photocatalyse, les catalyseurs (substances qui accélèrent la réaction chimique) sont activés par la lumière visible au lieu d'une température ou d'une pression élevée. Un autre avantage de leur méthode est l'utilisation du nitrure de carbone comme photocatalyseur. Ce matériau se compose uniquement de carbone et d'azote, deux éléments abondants dans la croûte terrestre, et peut être activé dans la région visible, qui correspond à environ 45 % du spectre solaire. Il est donc probable que la lumière du soleil puisse être utilisée à la place de l'éclairage artificiel, ce qui rend le processus plus rentable.
Après avoir testé différentes conditions de réaction, les chercheurs sont parvenus à un système présentant un excellent taux de production de H2O2 . "Nous avons obtenu la réduction de l'O2 par une voie photocatalytique dans laquelle la source d'hydrogène était l'eau du milieu réactionnel ou le réactif sacrificiel, typiquement le glycérol, un sous-produit de la production de biodiesel", explique Teixeira.
Dans ce système, le nitrure de carbone est utilisé comme semi-conducteur pour séparer les charges lorsqu'il est baigné de lumière, ce qui favorise les réactions de réduction et d'oxydation. L'O2 est réduit en H2O2 et le réactif sacrificiel (glycérol) est oxydé. Le H2O2 est obtenu sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de l'H2 et donc sans émissions deCO2 .
"Le chemin que nous avons dû parcourir dans notre enquête jusqu'à ce que nous arrivions aux résultats décrits dans l'article publié a été long car nous avons découvert qu'en même temps que le H2O2 était produit à la surface du photocatalyseur, il pouvait également être dégradé", a déclaré Teixeira. "Nous avons dû effectuer plusieurs tests et continuer à modifier le photocatalyseur afin de favoriser la formation de H2O2 et d'éviter sa décomposition. La compréhension du mécanisme par lequelH2O 2 se décompose à la surface du nitrure de carbone était extrêmement importante pour nous permettre de développer le photocatalyseur idéal pour cette réaction."
Teixeira dirige une équipe de recherche à l'UFSCar soutenue par la FAPESP. Il est le dernier auteur de l'article, qui est également signé par Andrea Rogolino (Université de Padoue, Italie) ; Ingrid Silva, Nadezda Tarakina et Markus Antonietti (Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Allemagne) ; et Marcos da Silva et Guilherme Rocha (UFSCar).
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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