La nature est à l'origine d'une avancée décisive : la production sans danger de produits chimiques fluorés
Pour la première fois, des chimistes ont produit des produits chimiques fluorés - essentiels pour de nombreuses industries - sans utiliser le dangereux gaz de fluorure d'hydrogène
Une équipe de chimistes a mis au point une méthode entièrement nouvelle pour produire des produits chimiques fluorés d'une importance cruciale, en évitant le produit dangereux qu'est le fluorure d'hydrogène (HF). Ces résultats, publiés dans la revue Science, pourraient avoir un impact considérable sur l'amélioration de la sécurité et de l'empreinte carbone d'une industrie mondiale en pleine croissance.
Illustration artistique du processus de broyage à billes à l'origine de la nouvelle méthode de production de produits chimiques fluorés.
Calum Patel
En utilisant des techniques de haute précision, telles que la diffraction des rayons X, les chercheurs ont obtenu des informations essentielles sur la composition de Fluoromix et sur les structures des espèces fluorées. Le diagramme montre les structures des composants cristallins de Fluoromix, qui servent de réactifs de fluoration.
Prof. Michael Hayward
Les produits chimiques fluorés sont un groupe de produits chimiques qui ont un large éventail d'applications importantes - notamment les polymères, les produits agrochimiques, les produits pharmaceutiques et les batteries lithium-ion des smartphones et des voitures électriques - avec un marché mondial de 21,4 milliards de dollars en 2018. Actuellement, tous les produits chimiques fluorés sont générés à partir du gaz toxique et corrosif qu'est le fluorure d'hydrogène (HF), dans le cadre d'un processus très énergivore. Malgré des règles de sécurité strictes, des déversements de HF se sont produits à de nombreuses reprises au cours des dernières décennies, entraînant parfois des accidents mortels et des effets néfastes sur l'environnement.
Pour mettre au point une approche plus sûre, une équipe de chimistes de l'université d'Oxford et leurs collègues de FluoRok, une entreprise dérivée de l'université d'Oxford, de l'University College London et de la Colorado State University se sont inspirés du processus naturel de biominéralisation à l'origine de la formation des dents et des os. Normalement, le HF lui-même est produit en faisant réagir un minéral cristallin appelé spath fluor (CaF2) avec de l'acide sulfurique dans des conditions difficiles, avant d'être utilisé pour fabriquer des produits chimiques fluorés. La nouvelle méthode permet de fabriquer des produits chimiques fluorés directement à partir du CaF2, sans passer par la production de HF : un résultat que les chimistes recherchent depuis des décennies.
Dans cette nouvelle méthode, le CaF2 à l'état solideest activé par un processus inspiré de la biominéralisation, qui imite la façon dont les minéraux de phosphate de calcium se forment biologiquement dans les dents et les os. L'équipe a broyé du CaF2 avec du sel de phosphate de potassium en poudre dans un broyeur à billes pendant plusieurs heures, en utilisant un processus mécano-chimique qui a évolué à partir de la manière traditionnelle dont nous broyons les épices à l'aide d'un pilon et d'un mortier.
Le produit en poudre obtenu, appelé Fluoromix, a permis la synthèse de plus de 50 produits chimiques fluorés différents directement à partir du CaF2, avec un rendement pouvant atteindre 98 %. La méthode mise au point pourrait permettre de rationaliser la chaîne d'approvisionnement actuelle et de réduire les besoins en énergie, ce qui contribuerait à atteindre les objectifs futurs en matière de développement durable et à réduire l'empreinte carbone de l'industrie.
Il est intéressant de noter que le procédé à l'état solide mis au point est tout aussi efficace avec du spath fluor de qualité acide (> 97 %, CaF2) qu'avec du CaF2 de qualité réactif synthétique. Ce procédé représente un changement de paradigme pour la fabrication de produits chimiques fluorés dans le monde entier et a conduit à la création de FluoRok, une entreprise dérivée qui se concentre sur la commercialisation de cette technologie et sur le développement de fluorines sûres, durables et rentables. Les chercheurs espèrent que cette étude encouragera les scientifiques du monde entier à apporter des solutions novatrices à des problèmes chimiques difficiles, dans la perspective d'un bénéfice sociétal.
Calum Patel, du département de chimie de l'Université d'Oxford, et l'un des principaux auteurs de l'étude, déclare : "L'activation mécano-chimique du CaF2 avec un sel de phosphate était une invention passionnante car ce processus apparemment simple représente une solution très efficace à un problème complexe ; cependant, de grandes questions sur le fonctionnement de cette réaction restaient en suspens. La collaboration a été essentielle pour répondre à ces questions et faire progresser notre compréhension de ce nouveau domaine inexploré de la chimie du fluor. Les solutions aux grands défis sont le fruit d'approches et d'expertises pluridisciplinaires, et je pense que ce travail en montre toute l'importance.
L'auteur principal, le professeur Véronique Gouverneur FRS, du département de chimie de l'université d'Oxford, qui a conçu et dirigé cette étude, déclare : "L'utilisation directe de CaF2 pour la fluoration est un graal dans le domaine, et une solution à ce problème est recherchée depuis des décennies. La transition vers des méthodes durables de fabrication de produits chimiques, avec un impact réduit ou nul sur l'environnement, est aujourd'hui un objectif prioritaire qui peut être accéléré par des programmes ambitieux et une refonte totale des processus de fabrication actuels. Cette étude représente un pas important dans cette direction, car la méthode développée à Oxford a le potentiel d'être mise en œuvre partout dans les universités et l'industrie, de minimiser les émissions de carbone, par exemple en raccourcissant les chaînes d'approvisionnement, et d'offrir une fiabilité accrue à la lumière de la fragilité des chaînes d'approvisionnement mondiales".
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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