Ce projet serait sous la direction de : Mmes Catherine ESPECEL Catherine et  Camila ABREU TELES

Unité de recherche : IC2MP, équipe SamCat

Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé

Intitulé du sujet :

Conversion catalytique des monomères phénoliques issues de la biomasse

Mots clés : catalyse hétérogène, catalyseurs métalliques bifonctionnels, biomasse, hydrogénolyse/hydrogénation

Résumé :

La valorisation de la lignine en composés biosourcés tels que des hydrocarbures et aromatiques partiellement ou complètement désoxygénés présente un grand intérêt pour l’industrie chimique. La transformation directe des vapeurs issues de la pyrolyse de lignine dans des conditions douces représente un grand défi, qui pourra être relevé par le développement de catalyseurs appropriés et l’optimisation des conditions opératoires. Ce projet de thèse vise à étudier la conversion catalytique des vapeurs de pyrolyse par le processus de transfert catalytique d’hydrogène en phase gazeuse. Les principaux objectifs de l’étude seront la conception de catalyseurs et la compréhension de leurs propriétés catalytiques. Une étude rigoureuse de la cinétique et du mécanisme de la réaction sera réalisée afin d’optimiser les conditions du procédé.

 

Contexte et problématique :

La lignine, l’un des principaux composants de la biomasse lignocellulosique, est une matière première de bioraffinage prometteuse pour la production de biocarburants et de produits chimiques à haute valeur ajoutée, offrant une nouvelle voie de décarbonation de l’industrie chimique pour répondre aux préoccupations environnementales. L’un des principaux défis est la conversion sélective des monomères phénoliques formés lors de sa dépolymérisation, en composés partiellement/ou totalement désoxygénés, tels que le phénol, la cyclohexanone, les BTXs (benzène, toluène, etc). Dans ce contexte, le transfert catalytique d’hydrogène apparaît comme une approche efficace et respectueuse de l’environnement, dans laquelle des molécules organiques simples dérivées de la biomasse telles que l’éthanol, l’isopropanol ou l’acide formique donnent de l’hydrogène in situ pour assister les réactions d’hydrogénolyse/hydrogénation impliquées dans la transformation des composés phénoliques.

 

Description du sujet :

Dans le cadre de cette thèse, nous mènerons une étude systématique de la conversion des monomères phénoliques formés lors du processus de pyrolyse de la lignine assisté par transfert catalytique d’hydrogène. L’étude aura deux objectifs principaux : (i) la conception de catalyseurs métalliques bifonctionnels capables de favoriser simultanément la production in situ d’hydrogène et l’activation/conversion de composés phénoliques ; (ii) l’optimisation des conditions de réaction afin de permettre la conversion directe des vapeurs de pyrolyse en phase gazeuse. Des mécanismes réactionnels seront proposés à partir d’une étude cinétique et des mesures de spectroscopie infrarouge in situ lors des réactions catalytiques.

 

Méthodologie et mise en œuvre :

La méthodologie pour atteindre les objectifs fixés dans ce projet consistera dans un premier temps à la sélection de phases catalytiques actives suivie de la synthèse optimisée de catalyseurs métalliques supportés à base de métaux de transition non-nobles. Tout au long du processus de synthèse, les matériaux seront caractérisés de manière approfondie par diverses techniques. L’ensemble des outils expérimentaux de préparation, d’activation et de caractérisations des catalyseurs hétérogènes disponibles au sein de l’équipe et de la plateforme de caractérisation PLATINA de l’IC2MP seront mis à disposition. L’étude catalytique sera réalisée dans un réacteur à lit fixe, à des conditions de pression et température variables. La quantification des produits de réaction sera réalisée par chromatographie en phase gazeuse et des techniques de caractérisation in situ (spectroscopie infrarouge) seront utilisées comme outil pour étudier le mécanisme de réaction. Les réactions seront d’abord étudiées sur des composés modèles de type « guaiacol, syringol », et ensuite appliquées à la conversion des vapeurs issues de la pyrolyse des lignines techniques.

Ces recherches seront menées au sein de l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) situé à l’Université de Poitiers en France (https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/). IC2MP est une unité mixte entre l’Université de Poitiers et le CNRS travaillant sur la conception de réactions/produits durables. Dans ce projet le(a) candidat(e) rejoindra l’équipe SAMCAT « Du Site actif au Matériaux Catalytique ». Cette équipe mène des recherches sur développement de matériaux catalytiques et électrocatalytiques pour des applications dans les domaines de l’énergie, de l’environnement et de la chimie fine. Le(a) candidat(e) aura un accès complet à la plate-forme analytique de l’IC2MP (PLATINA), comprenant tous les équipements majeurs requis pour bien caractériser les catalyseurs prépares. Aussi, l’institut dispose de tous le moyens et outils analytiques nécessaires pour l’identification/quantification des produits de réaction. Le/la CDD chercheur(e) recruté(e) sera sous la responsabilité d’une chargée de recherche CNRS et d’une Professeur des Universités.

 

Profil recherché :

Titulaire d’un M2 (ou équivalent), le(la) candidat(e) recruté au CNRS, devra avoir des compétences en synthèse et caractérisation de nanomatériaux catalytiques. Une expérience en catalyse hétérogène et en tests catalytiques en phase gaz serait un plus. Le(la) candidat(e) devra faire preuve de curiosité scientifique, d’initiative, motivation pour la recherche scientifique, à la capacité de travailler de manière collaborative au sein d’une équipe, et d’une forte capacité à présenter et analyser les résultats à l’écrit et à l’oral.

 

Contact pour plus d’informations :

camila.abreu.teles@univ-poitiers.fr ; catherine.especel@univ-poitiers.fr

Candidature uniquement sur le site CNRS :

https://emploi.cnrs.fr/Offres/Doctorant/UMR7285-CAMABR-001/Default.aspx