Un chimiste de l'Université RUDN a mis au point un catalyseur de silicate d'étain pour la production d'esters—arômes, plastifiants, et les composants des biocarburants. Contrairement aux catalyseurs existants, le nouveau matériau peut être rendu actif à nouveau et réutilisé. Les résultats sont publiés dans la revue Matériaux microporeux et mésoporeux .

Les catalyseurs ne sont pas consommés dans le processus de réactions chimiques, pourtant il est difficile dans certains cas de les séparer des déchets de synthèse et de les réutiliser. Par exemple, des catalyseurs acides inorganiques sont utilisés pour l'estérification, c'est-à-dire pour obtenir des esters à partir d'acides organiques et d'alcool. Dans ce cas, le produit final de la réaction doit être purifié et les déchets éliminés, avec les catalyseurs, car il est plus coûteux de les séparer pour les réutiliser que d'en acquérir de nouveaux.

Une solution prometteuse est constituée de catalyseurs solides à base d'ions étain déposés sur un substrat support poreux. Ses "centres actifs" sont situés à sa surface :des ions sur lesquels se produit une transformation chimique, par exemple, la formation d'éther. Cependant, les ions d'étain sont "lavés" lors de l'utilisation de tels matériaux, et ils perdent leur activité. De plus, beaucoup d'oxyde d'étain inutile se forme lors de la fabrication du catalyseur, en plus des ions.

Rafael Luque, chimiste de l'Université RUDN, a mis au point une nouvelle méthode de production de catalyseur qui permet d'obtenir une matrice de silicate poreuse avec des ions d'étain « incorporés » (Sn 4 ⁺ ) maintenus ensemble par de fortes liaisons chimiques.

« Il permet la conception de matériaux à base de Sn hautement actifs et sélectifs pour les processus catalysés à l'acide - non seulement pour l'estérification de l'acide lévulinique - qui peuvent également être réutilisés, étant très stable sous des températures et des pressions modérées, " dit Luqué.

Alors que les procédés existants pour créer de tels catalyseurs impliquent l'application d'étain sur une matrice poreuse finie de dioxyde de silicium, le professeur Luque a formé le catalyseur "à partir de zéro". Le substrat de dioxyde de silicium dans son expérience a été formé à partir d'un précurseur (tétraéthoxysilane) en présence d'étain, en raison de laquelle les ions d'étain ont été intégrés dans la structure chimique du substrat.

L'étude du substrat par XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) a montré qu'une liaison chimique d'oxyde de silicium et d'étain (Si–O–Sn) s'est bien formée dans le catalyseur.

La surface de 1 gramme de catalyseur est importante, c'est 600 mètres carrés. Étant donné que des réactions chimiques se produisent à la surface d'un catalyseur, plus sa surface est grande, plus l'activité est élevée. La plupart des catalyseurs à base de matrice de silicium ont une surface utile deux à trois fois plus petite :environ 200-300 mètres carrés par gramme.

Les chimistes ont testé l'activité du nouveau catalyseur dans la synthèse d'esters d'acide lévulinique. L'acide lévulinique est un produit du traitement des glucides tels que le glucose et l'amidon. Lorsqu'il interagit avec les alcools, il forme des esters, qui peuvent être utilisés comme arômes, plastifiants, et les composants des biocarburants. Il s'est avéré que le nouveau catalyseur permet d'obtenir des esters d'acide lévulinique avec un rendement de produit maximum de 44 à 99 pour cent - le chiffre correspond à l'efficacité des catalyseurs les plus couramment utilisés.

En outre, le catalyseur a été testé pour la réutilisation - l'expérience a montré que son activité ne diminuait pas après cinq régénérations.

"En principe, l'utilisation du catalyseur peut être étendue à d'autres réactions catalysées par des acides dont les isomérisations, éthérifications, etc. pour la production de composés d'intérêt pour les industries de la chimie fine (arômes, odorants, pharmaceutiques) et même dans l'industrie pétrochimique. Les avantages de l'approche proposée sont la simplicité, nature relativement bon marché du catalyseur, réutilisabilité et stabilité et polyvalence par rapport à d'autres précédemment mis en œuvre, " a noté Luque.