Dans un nouveau rapport sur Avancées scientifiques , T. Voisin et une équipe de recherche du Centre National de la Recherche Scientifique et de l'Institut Technologique et Maîtrise de l'Energie en France, a proposé un nouveau système de solvants. Le système hydrothermal aux sels fondus (HyMoS), est composé d'un sel fondu dans de l'eau sous pression et est capable de modifier la solubilité des substances inorganiques dans l'eau supercritique. Les scientifiques ont utilisé de l'hydroxyde de sodium (NaOH); un sel à basse température de fusion, et a montré la capacité de le précipiter à une température supérieure à son point de fusion, pour former instantanément HyMoS. Le sel fondu pourrait alors dissoudre une grande quantité de sel inorganique dont le sulfate de sodium (Na 2 DONC 4 ). Le système solvant ouvre une nouvelle voie dans divers domaines dont la synthèse de matériaux, conversion de biomasse, chimie verte, recyclage, catalyse et fabrication durable. Le travail offre des opportunités au-delà de la dynamique hydrothermale pour étudier la chimie et les connaissances des précipitations salines innovantes.

L'eau supercritique est souvent connue comme un solvant « magique », en raison de sa capacité à dissoudre l'huile. Cette propriété a élargi les applications potentielles du SCW dans la synthèse de matériaux, recyclage ou conversion de la biomasse. Cependant, à mesure que la polarité du SCW se brise, la solubilité des composés inorganiques chute. Le défi peut être résolu en identifiant de bons candidats co-solvants avec une grande capacité de dissolution pour les composés inorganiques ainsi qu'une stabilité thermique élevée, dépasser les limites du SCW. Les sels fondus sont une possibilité intéressante en raison de leur densité élevée et de leurs capacités de dissolution importantes. Les sels fondus sont très divers et utilisés abondamment pendant des décennies comme sels de nitrate, carbonates, hydroxydes ou mélanges eutectiques pour dissoudre les matières inorganiques. Dans ce travail, Voisin et al. proposé de générer du sel fondu dans le SCW pour surmonter les limites du SCW seul. Ils ont composé le sel fondu hydrothermal (HyMoS) avec un sel d'intérêt aux côtés du SCW, pour les applications hydrothermales à haute température.

Pour la formation HyMoS, l'équipe a injecté une solution électrolytique homogène eau/sel sous pression et l'a chauffée pour que le sel précipite. La température de précipitation étant supérieure à la température de fusion, la fusion du sel suivit instantanément la précipitation, pour former HyMoS. Les scientifiques ont noté l'évolution et le mouvement d'une gouttelette de NaOH en fusion dans le SCW à l'intérieur d'un capillaire en saphir. Lorsqu'ils ont refroidi le système, ils pourraient récupérer la solution électrolytique homogène initiale eau/sel, puisque le mécanisme était complètement réversible. Voisin et al. sélectionné le sel de NaOH pour sa haute stabilité thermique et sa basse température de fusion (318 ⁰ C) et une grande capacité à dissoudre les sels inorganiques.

L'équipe a utilisé une configuration expérimentale, détaillé ailleurs, pour mesurer les valeurs de solubilité et étudier le comportement de l'hydroxyde de sodium dans le SCW. Ils ont exploré la différence de densité et de viscosité entre les deux composants pour mesurer la solubilité du composé dans des conditions SCW. Le mécanisme en deux étapes de la précipitation solide était rapide, et aucune particule solide n'a été observée dans l'équipement capillaire en saphir équipé d'un appareil photo conventionnel à couplage de charge à 50 images par seconde. Les résultats ont démontré la faisabilité de la création d'un co-solvant dense s'écoulant le long du SCW. L'équipe s'est ensuite concentrée sur la capacité du NaOH à dissoudre d'autres sels inorganiques dans des conditions SCW.

Pour mettre en évidence la capacité de l'HyMoS à base de NaOH à dissoudre un sel solide dans le SCW, l'équipe a proposé un protocole expérimental différent. Au cours de l'expérimentation, ils ont d'abord injecté une solution aqueuse du sel inorganique sulfate de sodium (Na 2 DONC 4 ) dans le système à une température donnée pour déposer le sel solide sur la paroi du réactif. Puisque Voisin et al. connaissait la solubilité de Na 2 DONC 4, ils ont vérifié si des précipitations se sont produites dans le système lors de mesures continues de conductivité. Les scientifiques ont calculé la concentration de sulfate de sodium dans la solution d'hydroxyde de sodium. Bien que la température croissante dans l'installation ait eu peu d'influence sur le sulfate de sodium de sel inorganique, la concentration initiale du sel fondu d'hydroxyde de sodium a eu une influence majeure sur sa vitesse de dissolution. Assez logiquement donc à mesure que la concentration en soude augmentait, sa phase fondue correspondante a également augmenté dans le montage, provoquant des taux de dissolution plus élevés des sels inorganiques déposés dans le réacteur pour assurer un écoulement continu.

De cette façon, T. Voisin et ses collègues ont observé du sel fondu dans le SCW pour relever les défis existants avec les technologies à base de fluide supercritique. En utilisant un sel d'hydroxyde fondu stable tel que l'hydroxyde de sodium, ils ont généré un solvant in situ pour dissoudre une grande quantité du sel solide de sulfate de sodium. Les scientifiques ont démontré la première application de HyMoS et contourné le dépôt de sel et l'obstruction dans les réacteurs pour développer des processus à flux continu. La technique est rentable, étant donné que les sels basiques tels que NaOH utilisés dans les expériences sont des matériaux relativement bon marché, par rapport aux liquides ioniques complexes. La capacité à générer un solvant dense avec un système simple et bon marché a également un impact sur les systèmes hydrothermaux. Les sels fondus sont, cependant, limité par rapport à l'aptitude au traitement pour les systèmes continus en raison de la température élevée et de la viscosité élevée requises dans les systèmes discontinus. Le système HyMoS diphasique est composé de SCW et d'un sel fondu, et la configuration peut être explorée comme un nouveau type d'émulsion hydrothermale eau/sel pour dissoudre efficacement une variété de sels différents.

© 2020 Réseau Science X