Un chimiste de RUDN a synthétisé de nouveaux catalyseurs avec des nanoparticules de ruthénium (Ru) pour produire du biocarburant à partir de biodéchets organiques. Les nanocatalyseurs prennent en charge des réactions plus intensives et soutenues que les composés actuellement disponibles sur le marché. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le ChemSusChem journal.

Rafaël Luque, un spécialiste externe de RUDN, travaille sur la synthèse de gamma-valérolactone (GVL) avec ses collègues chinois et espagnols. Ce liquide incolore peut être obtenu à partir de déchets alimentaires ou de restes de récolte. Le GVL peut être utilisé comme solvant sûr ou comme additif à l'essence ou peut être distillé en hydrocarbures, « carburant vert » pour les moteurs à combustion interne.

L'utilisation industrielle du GVL est entravée par deux problèmes principaux. Tout d'abord, sa fabrication implique des catalyseurs coûteux. L'offre actuelle du marché est constituée de substances à base de métaux précieux tels que le ruthénium. Seconde, les catalyseurs disponibles sont incapables de soutenir une réaction soutenue.

Les auteurs de l'article de ChemSusChem suggéré une solution pour les deux problèmes. Ils ont synthétisé quatre nouveaux catalyseurs à base de cristaux de dioxyde de titane avec 1%, 2 pour cent, 3 pour cent et 5 pour cent de part de nanoparticules de ruthénium (actuellement, les catalyseurs en contiennent plus de 5 pour cent). Dans une série d'expériences, les chimistes ont recherché non seulement les plus actifs, mais aussi le catalyseur le plus stable capable de supporter une réaction pendant longtemps.

Les chercheurs ont préparé du GVL à partir de l'hydrogénation d'acide lévulinique ou de lévulinate de méthyle en présence de différents catalyseurs, à la fois nouveau (à base de dioxyde de titane) et déjà connu. Ils ont également testé l'activité catalytique du dioxyde de titane pur, essayer chaque substance dans toutes les conditions possibles. Les scientifiques ont changé la température, volume de catalyseur, concentration de la substance initiale dans le solvant, et la vitesse d'entrée dans le réacteur.

Le dioxyde de titane pur s'est avéré n'avoir aucune activité catalytique. Le GVL a été synthétisé à partir des substances initiales uniquement en présence de nanoparticules de ruthénium. Tous les catalyseurs à base de dioxyde de titane synthétisés par les scientifiques étaient actifs, mais la variation avec la teneur la plus élevée (5 %) en nanoparticules a montré une efficacité maximale. En sa présence, la réaction a eu lieu dans 98 pour cent de la substance initiale, et 97 pour cent de celui-ci a été utilisé pour synthétiser le produit cible (GVL).

Malgré la même part de ruthénium, les résultats des catalyseurs connus auparavant étaient considérablement inférieurs et les expériences n'ont jamais utilisé de biodéchets de lévulinate de méthyle. Par exemple, en présence d'un catalyseur au ruthénium à base de carbone, la réaction a lieu dans 83 % d'acide lévulinique, et seulement 52 pour cent ont été alloués à la synthèse GVL.

La stabilité élevée des nouveaux catalyseurs était une découverte encore plus importante. Alors que les catalyseurs traditionnels ont perdu leur activité deux heures après le début de la réaction, les substances à base de dioxyde de titane ont amélioré leurs résultats au cours de cette période. Le catalyseur contenant 5 % de nanoparticules de ruthénium a de nouveau battu les autres :GVL a continué à synthétiser en continu pendant plus de 24 heures.

"Une voie traditionnelle de synthèse GVL implique des réactions à court terme dans des réacteurs discontinus, " dit Rafael Luque, professeur du Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, et un spécialiste externe de RUDN. "Par conséquent, il n'y avait pas de catalyseurs pour la production continue de GVL. Nous avons réussi à créer un produit relativement bon marché, très efficace, et système catalytique très stable à base de cristaux de dioxyde de titane. Le potentiel des nouveaux catalyseurs ne se limite pas à la synthèse GVL - nous prévoyons de les utiliser dans d'autres études."