Catalyseurs hétérogènes d’estérification pour l’oléo-chimie

Abstract

Le but de cette thèse est de développer des catalyseurs hétérogènes utilisés dans l’estérification de l’acide oléique en triméthylpropane afn de produire un bio-lubrifiant : le triméthylolpropane trioléate. Quatre groupes de catalyseurs furent étudiés 1) hétéropolyacides (HPA) immobilisés sur de la silice après dépôt d’oxyde de zirconium; une forte immobilisation des HPA sur la silice fut obtenue avec notamment une bonne résistance au phénomène de lixiviation garantissant une bonne stabilité du catalyseur. 2) silice macroporeuse (Si(HIPE)) fonctionnalisée avec trois différentes phases actives (HPA, SO3H-/PO3H2-, phosphates de zirconium) : ces catalyseurs présentent une morphologie facile à manipuler mais la réaction se trouve être inhibée par emprisonnement des réactifs et des produits dans les pores. 3) nanoparticules magnétiques fonctionnalisées (MNP) : plusieurs approches furent étudiées pour protéger les MNP lors d’une utilisation à bas pH. La surface recouverte ou greffée avec des MNP a été modifiée pour les groupements sulfoniques. Catalyseurs MNP sont non seulement actifs mais aussi facilement récupérables (propriété magnétiques) et donc réutilisables et recyclables. 4) résines échangeuses de cations ; elles ont montré un réel potentiel industriel grâce à une stabilité remarquable et une possibilité de recyclage unique. Pour les résines de type gel, une étape dite de « pre-swelling » a été développée pour augmenter leurs productivités. Ces résines sont sélectives vers la formation des mono- et diesters, tandis que le triester se forme à cause de la présence d’acide oléique résiduel ou la température élevée du système. Cette coopération entre les catalyses homogène et hétérogène permet de paramétrer la réaction industrielle en la démarrant avec la résine échangeuse d’ions à basse température et la terminer à plus haute température pour obtenir le triester.