Boules de lumière et de broyage pour des procédés chimiques plus écologiques

Réactions sans solvants

16.03.2023 - Allemagne

La combinaison de la photochimie et de la mécanochimie permet d'économiser 98 % de solvant et 80 % d'énergie dans un certain nombre de réactions. De plus, le processus prend moins de temps qu'en solution.

© RUB, Marquard

La lumière et l'énergie mécanique interagissent dans ce réacteur.

Jusqu'à présent, les réactions chimiques pilotées par la lumière étaient généralement réalisées avec de grandes quantités de solvants souvent toxiques. En les combinant avec l'énergie mécanique des broyeurs à billes, l'équipe du professeur Lars Borchardt de la chaire de chimie inorganique I de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, est parvenue à les réaliser à l'état solide sans avoir recours à de grandes quantités de solvants. "Cela constitue une alternative durable aux méthodes de synthèse établies", souligne M. Borchardt. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue "Angewandte Chemie" le 24 février 2023.

Des broyeurs à billes pour remplacer les solvants

La lumière est considérée comme la force motrice idéale des réactions chimiques : elle est bon marché, disponible en abondance et ne produit pas de déchets. C'est pourquoi les réactions photochimiques, c'est-à-dire pilotées par la lumière, sont très intéressantes pour la production de composés chimiques. Cependant, elles sont généralement réalisées dans d'énormes quantités de solvants. Ces derniers sont souvent toxiques et génèrent des déchets dangereux en quantités énormes. Les réactions photochimiques à l'état solide sans solvants pourraient constituer une alternative. Cependant, elles n'ont guère été réalisables jusqu'à présent, car elles ne pouvaient être mélangées que de manière insuffisante et il n'était donc pas possible de les mettre à l'échelle pour obtenir des quantités importantes.

Pour que les réactions photochimiques aient lieu, les photons doivent d'abord atteindre les matériaux de départ. Pour que la réaction soit rapide et complète, il est essentiel qu'elle soit bien mélangée. Dans les réactions classiques, ce mélange est assuré par le solvant : il dissout les substances, les rend mobiles et augmente le transport de masse et la diffusion. Jusqu'à présent, il n'existait pas de méthode équivalente à l'état solide.

Les chercheurs de Bochum ont utilisé des broyeurs à billes comme réacteurs. Les matériaux de départ sont placés dans des récipients avec des billes de broyage et secoués à haute fréquence. Cela crée des impacts à haute énergie qui fournissent l'énergie mécanique nécessaire à la réaction et mélangent soigneusement les substances. Dans un photoréacteur spécialement adapté au moulin, les chercheurs ont réussi à réaliser le processus de broyage sous irradiation. Cela a facilité la synthèse photo-mécano-chimique de nanographes à l'état solide.

Rendre les réactions plus durables

"Ce nouveau procédé nous a permis de réaliser des réactions spécifiques et de synthétiser des substances chimiques de manière beaucoup plus durable", explique Lars Borchardt. "Nous avons réduit les temps de réaction jusqu'à 56 %, tout en utilisant 98 % de solvant en moins par rapport à des synthèses équivalentes réalisées avec des méthodes conventionnelles. Enfin, le nouveau photoréacteur consomme près de 80 % d'énergie en moins que les équipements conventionnels."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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