Deux publications prestigieuses pour l’équipe du Professeur Bao-Lian SU

Le Dr. Ming-Hui Sun est une chercheuse post-doc qui travaille au laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques (CMI) du Professeur Bao-Lian Su depuis tout juste un an dans le cadre d'un accord de collaboration entre l'UNamur et la Wuhan University of Technology (Chine). Les deux publications ont été publiées dans deux prestigieuses revues internationales. Ces recherches sont partiellement financées par le projet Interreg DepollutAir.

Créer un réseau vasculaire similaire à celui des feuilles dans des cristaux de zéolithes: une catalyse plus efficace, plus verte et plus durable

Les deux travaux de recherche (voir 1 et 2) concernent la synthèse de mono-cristaux de zéolithes avec une porosité hiérarchisée très ordonnée et interconnectée et leurs applications en tant que catalyseurs dans la production de molécules de haute valeur ajoutée. La synthèse de ce type de matériaux constitue un grand défi et a suscité un grand intérêt autant de la part de la communauté scientifique que de l'industrie.

Les zéolithes, appelées aussi tamis moléculaire, sont des matériaux microporeux silicoaluminates ayant une taille de pores souvent inférieure à 1 nanomètre. Les zéolithes sont utilisées dans le traitement et la synthèse des molécules dans l'industrie pétrolière, pétrochimique et en chimie fine. A l'heure actuelle, il existe environ 280 zéolithes de structures différentes. Parmi elles, une quarantaine se retrouve dans la nature, les 240 autres sont artificielles et synthétisées en laboratoire.

Grâce à une taille de pores au niveau moléculaire, les zéolithes sont très largement utilisées dans l'industrie et dans notre vie quotidienne comme catalyseurs et supports de catalyseurs pour le raffinage du pétrole, la chimie fine et la synthèse de molécules pharmaceutiques, adsorbants pour la séparation des molécules organiques et de l'air, échangeurs pour l’adoucissement de l'eau ou additifs dans les poudres à lessiver.

Les applications avec des zéolithes rencontrent cependant de grandes difficultés étant donné leur taille de pores. Les catalyseurs à base de zéolithes se heurtent au problème de la diffusion très lente des molécules organiques dans les micropores de zéolithes.  Ces molécules organiques se transforment facilement en coke à l'intérieur des micropores, les bloquant et conduisant à une désactivation très rapide de la zéolithe. La régénération des catalyseurs pour l'élimination de ces cokes par combustion oxydative est nécessaire et très fréquente. Cela entraîne une perte de temps, de matière première, d'énergie avec une efficacité fortement réduite des procédés, une grande pollution et la perte de l'activité catalytique.

Il devient aujourd'hui urgent de développer des matériaux zéolithiques ayant des porosités plus grandes et surtout à des échelles différentes (nanomètre et micromètre) en plus des micropores intrinsèques des zéolithes. Grâce à ces porosités à trois différentes échelle (micro-méso-macro), ces matériaux favorisent la diffusion des molécules à l'intérieure des cristaux des zéolithes.

L’inspiration de la nature

Le Dr. Ming-Hui Sun s’est inspiré des systèmes vasculaires hiérarchisés existants dans la nature comme par exemple dans les feuilles, les systèmes vasculaires ou les poumons (3).  Sous la supervision du Professeur Bao-Lian Su et avec ses collaborateurs du laboratoire CMI et de la Wuhan University of Technology, ils ont réussi à introduire un réseau micro-méso-macroporeux vasculaire hiérarchisé dans des cristaux de zéolithes. 

Cela permet une diffusion très rapide des molécules réactives et des produits de réaction, une réduction très significative de la formation de coke, une activité catalytique accrue, une sélectivité grandement améliorée des produits désirés et une forte augmentation de la longévité du catalyseur.

Quel que soit le type de réaction, ces nouvelles formes de zéolithes montrent leur grande supériorité par rapport aux zéolithes conventionnelles et rendent les procédés plus verts, plus durables, plus économiques, moins énergivores et plus efficaces et ouvrent de nouveaux horizons pour les procédés industriels.

(1)    Micron‐Sized Zeolite Beta Single Crystals Featuring Intracrystal Interconnected Ordered Macro‐Meso‐Microporosity Displaying Superior Catalytic Performance, article selectionné comme Very important paper pour Angew. Chem. Intl. Ed.

(2)    Hierarchical Zeolite Single-Crystal Reactor for Excellent Catalytic Efficiency, article publié dans Matter.

(3)    Nature Communication : https://www.nature.com/articles/ncomms14921

Contact : Bao-Lian Su - bao-lian.su@unamur.be
Plus d'info : http://www.gotos3.eu/fr/projecten/depollutair