Nouveaux procédés catalytiques pour le recyclage de déchets ligno-cellulosiques, de polymères et de dérivés du CO₂

New catalytic processes for the recycling of lignocellulosic waste, polymers and CO₂ derivatives

• Auteur / Autrice : Elias Feghali
• Direction : Thibault Cantat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 25/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l'Energie (Saclay)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Beau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thibault Cantat, Jean-Marie Beau, Philippe Zinck, Jean-Baptiste Sortais, François Jérôme, Philippe Dupau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Zinck, Jean-Baptiste Sortais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse -- Conversion

Lignine

Polymères -- Détérioration

Déchets organiques -- Recyclage

Mots clés libres

Dépolymérisation

Lignine

B(C6F5)3

Hydrosilylation

Recyclage de déchets

Biomasse

Depolymerization

Lignin

B(C6F5)3

Hydrosilylation

Waste recycling

Biomass

Résumé

L’objectif de cette thèse était la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse innovantes permettant le recyclage de déchets carbonés ou l’utilisation de matières premières renouvelables, ceci afin d’améliorer la durabilité du secteur de la chimie industrielle et de réduire sa dépendance aux ressources fossiles. Dans cette optique, le travail a été réalisé en suivant trois axes de recherche principaux visant la mise au point de nouveaux procédés catalytiques pour la valorisation de l’acide oxalique, un dérivé du CO2, de déchets de matériaux polymères ainsi que de la biomasse. Afin d’atteindre les objectifs fixés, une stratégie basée sur le clivage réducteur des liaisons C–O et utilisant la réaction d’hydrosilylation catalysées par B(C6F5)3 a été adoptée. Cette stratégie a permis en premier lieu d’obtenir, à partir de l’acide oxalique, une large gamme de produits ayant différents degrés d’oxydation allant de l’acide glyoxylique trisilylé jusqu’à l’éthane. Il a été montré ensuite que le système B(C6F5)3-hydrosilane permet la dépolymérisation sélective de déchets plastiques (tels que PLA, PET et PC-BPA) ainsi que de polyesters bio-sourcés tels que l’acide tannique et la subérine, en une variété de molécules comprenant des alcools, des phénols et des alcanes. Enfin, l’efficacité de B(C6F5)3 comme catalyseur d’hydrosilylation sélectif a été démontrée pour le clivage réducteur des modèles de motifs α-O-4 et β-O-4, principales liaisons dans la lignine. Cette réaction a pu être extrapolée à la lignine issue du bois et une nouvelle démarche permettant l’obtention de produits aromatiques purs à partir de la lignine a été développée.

The objective of this thesis was the development of new innovative synthetic methods for recycling waste carbon compounds or renewable raw materials to improve the sustainability of the industrial chemical sector and reduce its dependence on fossil resources. In this context, the work has been performed following three main areas of research intended for the development of new catalytic processes for the valorization of oxalic acid, derived from CO2, waste polymer materials and biomass. To achieve these objectives, a strategy based on the reductive cleavage of C–O bonds using the hydrosilylation reactions catalyzed by B(C6F5)3 was selected. First, this strategy resulted in the generation of a wide range of products with different degrees of oxidation, from oxalic acid, ranging from trisilylated glyoxylic acid to ethane. Afterwards, the system B(C6F5)3-hydrosilane allowed the selective depolymerization of waste plastics (such as PLA, PET, PC-BPA) as well as bio-based polyesters such as tannic acid and suberin, to a variety of molecules including alcohols, phenols and alkanes. Finally, it has been shown that B(C6F5)3 is an efficient and selective hydrosilylation catalyst for the reductive cleavage of α-O-4 and β-O-4 models, the main linkages in lignin. This reaction was successfully transposed to lignin derived from wood and a new process for obtaining pure aromatic products from lignin has been developed.