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Du méthanol au carburant : rôle de l'alumine dans la catalyse par les zéolites

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Résumé

Publication du labo de chimie

Description

L’alumine présente dans la plupart des zéolites joue un rôle prépondérant dans la transformation du méthanol en hydrocarbures, un procédé qui permet de mettre en place une voie d’approvisionnement en carburants et intermédiaires pétrochimiques, indépendant des sources pétrolières classiques. C’est ce que des chercheurs du laboratoire de chimie (CNRS / ENS Lyon) et du laboratoire de chimie des surfaces de l’école polytechnique fédérale de Zurich viennent de mettre en évidence. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue ACS Central Science.
Le procédé Methanol-To-Olefin, découvert dans les années 1970, utilise des zéolithes pour transformer le méthanol en carburant et en produits à haute valeur ajoutée comme les oléfines, à la base de la fabrication de polymères. Il constitue ainsi une voie importante pour rendre un approvisionnement en hydrocarbures indépendant des sources pétrolières classiques. Il est aujourd'hui admis que la formation des oléfines s'effectue par l'intermédiaire d'ions carbénium encapsulés au sein des pores des zéolithes, mais la genèse de ces ions reste un mystère et fait débat depuis la découverte du procédé.
Les équipes de Lyon et de Zurich viennent de montrer que l'alumine, souvent présente dans les systèmes zéolithiques, peut à elle seule transformer non seulement le méthanol en diméthyléther

(DME, CH3-O-CH3) mais aussi transformer ce dernier en hydrocarbures comme le méthane et les alcènes. Pour cela, les chercheurs ont mis en évidence la façon dont les premières liaisons carbone-carbone se formaient lors de ce procédé. L'étape élémentaire clef est l'activation du DME par sa coordination sur des atomes d'aluminium de la surface de l'alumine. Cette activation facilite les transferts d'hydrogène entre fragments méthoxy (CH3-O) voisins et génère un intermédiaire hautement réactif de type oxonium (H3O+). Ce dernier active des liaisons C-H permettant la formation de liaisons carbone-carbone et ainsi d’hydrocarbures plus lourds, ou arrache un atome d'hydrogène sur un méthoxy voisin ce qui permet in fine la dismutation du DME en méthane et en formate HCOO-.

En savoir sur le site de l'Institut de chimie du CNRS

Références : Aleix Comas-Vives, Maxence Valla, Christophe Copéret et Philippe Sautet. Cooperativity between Al–sites Promotes H-Transfer and Carbon–Carbon Bond Formation upon Dimethylether Activation on Alumina. ACS Central Science 5 août 2015. DOI: 10.1021/acscentsci.5b00226
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