Dans le domaine de l’industrie chimique, l’acétone est un élément essentiel utilisé dans la fabrication de nombreux produits tels que les adhésifs, les antibiotiques, les composants électroniques, les solvants et décapants, les encres et les vitamines, entre autres. Sa production est complexe et dangereuse.
Pour simplifier ce processus et le rendre plus sûr et moins coûteux, des chercheurs au Brésil et en Allemagne ont développé une méthode innovante qui utilise uniquement la lumière et le chlorure de fer photoactif (FeCl3), un composé chimique peu coûteux.
Le processus standard de fabrication de l’acétone
Le processus standard de production d’acétone, connu sous le nom de processus Hock ou cumène, comprend plusieurs étapes. Le propane, un produit pétrolier, est converti en propylène, un gaz hautement inflammable, qui réagit avec le benzène puis avec l’oxygène à haute température et pression pour donner naissance à l’acétone.
Ces réactions produisent également du phénol, un composé pour lequel la demande est moindre mais qui peut être converti en substances à valeur ajoutée, bien que cela soit coûteux.
La méthode alternative développée
La méthode alternative développée par des scientifiques affiliés à l’Université fédérale de São Carlos (UFSCar) et l’Université fédérale de Minas Gerais (UFMG) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’Institut Max Planck des colloïdes et interfaces en Allemagne, repose sur l’oxydation du propane et une réaction photocatalytique utilisant le chlorure de fer comme catalyseur homogène en présence de lumière.
« Nous avons découvert que lorsque le chlorure de fer est irradié à certaines longueurs d’onde, il produit le radical chlore, qui est un oxydant puissant et rompt la liaison entre le carbone et l’hydrogène [active la liaison C-H], donnant naissance à un radical qui conduit, en présence d’oxygène, à la formation d’acétone », a expliqué Ivo Freitas Teixeira, professeur au département de chimie de l’UFSCar et co-auteur de l’article.
Avantages du nouveau procédé
Parmi les avantages de ce procédé, on peut citer le fait qu’il est direct – évitant la production de propylène dans les étapes intermédiaires – et plus sûr, car il n’implique pas de réactions avec l’oxygène à haute température et pression, ni d’intermédiaires inflammables et dangereux. De plus, il réduit la consommation d’énergie et les coûts, car il comporte moins d’étapes et se déroule à température ambiante (25 °C).
Les expériences ont utilisé des diodes électroluminescentes (LED) comme source de lumière, mais les chercheurs prévoient d’utiliser la lumière du soleil à l’avenir, rendant la méthode encore plus durable.
En synthèse
Une demande de brevet a été déposée auprès de l’Institut national de la propriété industrielle (INPI), l’office des brevets brésilien, et des partenariats avec des entreprises sont recherchés pour développer et commercialiser le nouveau procédé.
« Il pourrait devenir absolument disruptif pour la production d’acétone dans l’industrie chimique, améliorant la sécurité et la durabilité, et ouvrant la voie à une production directe d’acétone, ce qui réduirait les coûts et augmenterait la compétitivité », a conclu Teixeira.
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Les principaux défis, a-t-il ajouté, sont la grande échelle des processus dans l’industrie pétrochimique et le fait qu’il n’existe pas encore de méthodes de photocatalyse commerciales.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que l’acétone et à quoi sert-elle ?
L’acétone est un élément essentiel de l’industrie chimique utilisé dans la fabrication de nombreux produits, tels que les adhésifs, les antibiotiques, les composants électroniques, les solvants et décapants, les encres et les vitamines, entre autres.
2. Quel est le processus standard de fabrication de l’acétone ?
Le processus standard de fabrication de l’acétone, connu sous le nom de processus Hock ou cumène, comprend plusieurs étapes et est complexe et dangereux.
3. Quelle est la méthode alternative développée par les chercheurs ?
La méthode alternative repose sur l’oxydation du propane et une réaction photocatalytique utilisant le chlorure de fer comme catalyseur homogène en présence de lumière.
4. Quels sont les avantages de la nouvelle méthode ?
La nouvelle méthode est plus directe, plus sûre, réduit la consommation d’énergie et les coûts, et se déroule à température ambiante (25 °C).
5. Quelles sont les prochaines étapes pour cette recherche ?
Les chercheurs cherchent à déposer un brevet, à établir des partenariats avec des entreprises pour développer et commercialiser le nouveau procédé, et à poursuivre la recherche pour tester la méthode avec d’autres substances et trouver des moyens de la mettre à l’échelle pour augmenter la production et le rendement industriels.
Légende illustration principale : La stratégie alternative est basée sur l’oxydation du propane en utilisant le chlorure de fer comme catalyseur homogène en présence de lumière. Crédit : Vitor Gabriel Pastana
Un article sur cette recherche, financée par la FAPESP, est publié dans la revue ACS Catalysis.
Référence : « Direct Synthesis of Acetone by Aerobic Propane Oxidation Promoted by Photoactive Iron(III) Chloride under Mild Conditions » – DOI: 10.1021/acscatal.3c02092
