Une meilleure fa莽on de faire des produits chimiques?
Les solvants en vrac, produits employ茅s couramment au sein de l鈥檌ndustrie chimique, constituent une menace s茅rieuse pour la sant茅 humaine et l鈥檈nvironnement. Le poids de cette menace suscite un int茅r锚t grandissant pour la m茅canochimie 鈥� une m茅thode 茅co茅nerg茅tique de remplacement o霉 les r茅actions sont produites par le broyage 脿 haute fr茅quence des compos茅s. Toutefois, comme le broyage repose sur de violents impacts 听de boulets d鈥檃cier contenus dans des cuves soumises 脿 de rapides vibrations, les r茅actions chimiques sous-jacentes sont difficiles 脿 observer.
Pour la premi猫re fois, des scientifiques ont 茅tudi茅 une r茅action de broyage en temps r茅el 脿 l鈥檃ide de rayons X 脿 forte p茅n茅tration qui leur ont permis d鈥檕bserver les changements extr锚mement rapides survenus lorsque le broyeur a m茅lang茅, moulu et transform茅 des ingr茅dients simples pour en faire un produit complexe. Les r茅sultats de cette 茅tude, qui ont fait l鈥檕bjet d鈥檜n article publi茅 le 2 d茅cembre 2012 dans la revue sp茅cialis茅e Nature Chemistry, pourraient permettre aux scientifiques de mieux comprendre les processus fondamentaux sur lesquels reposent les industries pharmaceutique, m茅tallurgique, cimenti猫re et min茅rale 鈥� et ouvrir la voie 脿 de nouveaux projets dans les domaines de la chimie verte et de l鈥櫭﹖ude des processus de synth猫se chimique plus respectueux de l鈥檈nvironnement.听
L鈥櫭﹒uipe internationale 鈥� dirig茅e par Tomislav 贵谤颈拧膷颈膰, de l鈥橴niversit茅 缅北强奸, et Ivan听Halasz, de l鈥橴niversit茅 de Zagreb, en Croatie 鈥� 茅tait compos茅e de chercheurs de l鈥橴niversit茅 de Cambridge, de l鈥橧nstitut Max-Planck pour la recherche sur l鈥櫭﹖at solide, de Stuttgart, en Allemagne, et de l鈥橧nstallation europ茅enne de rayonnement synchrotron (ESRF), de Grenoble, en France.
Si une action m茅canique peut entra卯ner la rupture des liaisons chimiques 鈥� comme c鈥檈st le cas avec l鈥檜sure des fibres textiles 鈥� la force m茅canique peut 茅galement intervenir dans la synth猫se de nouveaux compos茅s et mat茅riaux chimiques. Au cours des derni猫res ann茅es, le broyage 脿 boulets a gagn茅 en popularit茅 pour la production de produits chimiques complexes. Au cours du processus de fabrication, les boulets d鈥檃cier sont m锚l茅s aux r茅actifs et aux catalyseurs dans une cuve soumise 脿 de rapides vibrations. Les transformations chimiques se produisent au point de contact entre les boulets, l脿 o霉 l鈥檌mpact cr茅e instantan茅ment des 芦听points chauds听禄 sous l鈥檈ffet de la chaleur et de la pression. Ce ph茅nom猫ne est difficile 脿 mod茅liser et, sans une observation appropri茅e des r茅actions en temps r茅el, les processus 尘茅肠补苍辞肠丑颈尘颈辩耻别s ne peuvent 锚tre 茅lucid茅s.
芦 Le d茅fi auquel nous avons 茅t茅 confront茅s consistait 脿 observer l鈥檈nsemble de la r茅action sans toutefois l鈥檌nterrompre ni perturber les interm茅diaires r茅actionnels de courte dur茅e qui apparaissent et disparaissent sous l鈥檈ffet des impacts continus en moins d鈥檜ne minute听禄, pr茅cise Tomislav 贵谤颈拧膷颈膰, professeur adjoint au D茅partement de chimie de l鈥橴niversit茅 缅北强奸.
L鈥櫭﹒uipe de chercheurs a choisi d鈥櫭﹖udier la synth猫se 尘茅肠补苍辞肠丑颈尘颈辩耻别 de la structure organom茅tallique ZIF-8 脿 partir des compos茅s non toxiques les plus simples. Les mat茅riaux tels que la ZIF-8 gagnent rapidement en popularit茅 en raison de leur capacit茅 脿 capter de grandes quantit茅s de CO2. Fabriqu茅s 脿 faible co没t et de fa莽on durable, leur usage pourrait se g茅n茅raliser pour la capture et le stockage du carbone, la catalyse et m锚me le stockage de l鈥檋ydrog猫ne.听
芦 L鈥櫭﹒uipe s鈥檈st tourn茅e vers l鈥橢SRF, car notre 茅tablissement est dot茅 d鈥檃ppareils 脿 rayons X capables de traverser les 茅paisses parois de 3 mm d鈥檜ne cuve 脿 r茅action en acier, en aluminium ou en plastique soumise 脿 des vibrations extr锚mement rapides. Le faisceau de rayons X doit pouvoir p茅n茅trer 脿 l鈥檌nt茅rieur de la cuve pour sonder la synth猫se 尘茅肠补苍辞肠丑颈尘颈辩耻别 de la ZIF-8, puis d茅celer les changements qui surviennent au cours du processus听禄, explique Simon Kimber, chercheur 脿 l鈥橢SRF et membre de l鈥櫭﹒uipe. Cette m茅thode r茅volutionnaire a permis aux scientifiques d鈥檕bserver en temps r茅el la r茅action cin茅tique, les interm茅diaires r茅actionnels et la formation de leurs nanoparticules respectives.
En principe, les scientifiques pourraient recourir 脿 cette technique pour l鈥櫭﹖ude de tous les types de r茅actions chimiques survenant dans un broyeur 脿 boulets et les optimiser aux fins d鈥檜tilisation dans une multitude d鈥檌ndustries. 芦 Ce serait une bonne chose pour l鈥檈nvironnement, l鈥檌ndustrie et les consommateurs 禄, conclut le professeur听贵谤颈拧膷颈膰.
Les chercheurs ont re莽u l鈥檃ppui des organismes suivants听: le Fonds Herchel Smith; le Conseil britannique/Office allemand d鈥櫭ヽhanges universitaires; l鈥橢SRF; le Centre de formation doctorale en nanoscience et technologie de Cambridge; l鈥橴niversit茅 de Cambridge; le minist猫re des Sciences, de l鈥櫭塪ucation et des Sports de la R茅publique de听Croatie; l鈥橴niversit茅 缅北强奸; et le Centre de chimie verte et catalyse du Fonds de recherche du Qu茅bec 鈥� Nature et technologies.
IMAGE: Montage 脿 l鈥橢SRF 脿 Grenoble (France) avec la cuve de broyage contenant la ZIF-8 blanche 脿 l鈥檃vant, sur un broyeur industriel modifi茅. (T. 贵谤颈拧膷颈膰)听
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