OA19377A - Procédé de préparation de matériau d'origine végétale riche en acides phénoliques, comprenant au moins un métal, pour la mise en œuvre de réactions de synthèse organique. - Google Patents
Procédé de préparation de matériau d'origine végétale riche en acides phénoliques, comprenant au moins un métal, pour la mise en œuvre de réactions de synthèse organique. Download PDFInfo
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Abstract
Description
Procédé de préparation de matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques, comprenant au moins un métal, pour la mise en œuvre de réaction de synthèse organiqueProcess for the preparation of material of plant origin rich in phenolic acids, comprising at least one metal, for carrying out an organic synthesis reaction
La présente invention concerne un procédé de préparation d’un matériau d’origine vegetale riche en acides phénoliques et comprenant au moins un métal.The present invention relates to a process for preparing a material of plant origin rich in phenolic acids and comprising at least one metal.
La présente invention fournit également un procédé de dépollution ou de traitement d un effluent comprenant au moins un métal via la mise en contact d’un matériau d’origine végétal riche en acides phénoliques avec ledit effluent.The present invention also provides a method of depolluting or treating an effluent comprising at least one metal by bringing a material of plant origin rich in phenolic acids into contact with said effluent.
La présente invention concerne également un procédé de mise en œuvre de réaction de synthèses organiques utilisant à titre de catalyseur ledit matériau d’origine végétale.The present invention also relates to a process for carrying out organic synthesis reactions using said material of plant origin as a catalyst.
Etat de la techniqueState of the art
Les activités humaines (exploitations de carrière, activités chimiques, minières, métallurgiques, agricoles...) ont conduit à la dispersion des éléments métalliques dans les systèmes aquatiques. Selon le Partenariat Français pour l’Eau (PFE), « l’eau est la première ressource concernée par le dérèglement climatique avec tous les indicateurs au rouge ». La directive européenne 2000/60/CE a établi un cadre pour améliorer la qualité des eaux. Cette directive présente, en particulier, une stratégie pour le contrôle de la pollution par les substances les plus préoccupantes. Les métaux font partie de la liste des substances prioritaires.Human activities (quarrying, chemical, mining, metallurgical, agricultural activities, etc.) have led to the dispersion of metallic elements in aquatic systems. According to the French Water Partnership (PFE), "water is the first resource affected by climate change with all indicators in the red". European Directive 2000/60 / EC established a framework for improving water quality. This directive presents, in particular, a strategy for the control of pollution by the substances of the most concern. Metals are on the list of priority substances.
En outre, les ressources minérales mondiales sont en voie de raréfaction. Le développement des technologies vertes et du numérique exercent une forte pression sur la demande. Au rythme actuel de production, Sb, Zn, Pb seront épuisés avant 20 ans, Mn, Cu, Ni avant 40 ans. Terres rares et platinoïdes ne sont disponibles que dans un nombre très restreint de pays.In addition, the world's mineral resources are becoming increasingly scarce. The development of green and digital technologies exert strong pressure on demand. At the current rate of production, Sb, Zn, Pb will be exhausted before 20 years, Mn, Cu, Ni before 40 years. Rare earths and PGMs are only available in a very limited number of countries.
Buts de l’inventionAims of the invention
Ainsi, il existe un besoin de décontaminer de manière rapide et efficace les eaux polluées par les métaux.Thus, there is a need for rapid and efficient decontamination of water polluted by metals.
Il existe également un besoin d’une méthode puissante de recyclage écologique de métaux primaires et précieux en voie de raréfaction, et dont l’approvisionnement est menacé.There is also a need for a powerful method of environmentally friendly recycling of increasingly scarce and threatened primary and precious metals.
Enfin, il existe un besoin de transformer des matériaux d’origine végétale comprenant au moins un métal via un procédé unique de valorisation, la phytocatalyse (ou écocatalyse) par production de systèmes catalytiques nouveaux et capables de remplacer avantageusement les catalyseurs conventionnels de la chimie.Finally, there is a need to transform materials of plant origin comprising at least one metal via a single recovery process, phytocatalysis (or ecocatalysis) by producing new catalytic systems capable of advantageously replacing conventional chemical catalysts.
Ainsi, l’invention a pour but de fournir un matériau et/ou un procédé aptes à résoudre un ou plusieurs des problèmes techniques exposés dans la présente invention.Thus, the aim of the invention is to provide a material and / or a process capable of solving one or more of the technical problems set out in the present invention.
Un objectif de la présente invention est de résoudre le problème technique consistant à fournir un matériau et/ou procédé pour décontaminer de manière rapide et efficace les eaux polluées par les métaux.An objective of the present invention is to solve the technical problem consisting in providing a material and / or process for rapidly and efficiently decontaminating water polluted by metals.
Un objectif de la présente invention est de résoudre le problème technique consistant à fournir un matériau et/ou procédé pour le recyclage écologique de métaux primaires.An objective of the present invention is to solve the technical problem of providing a material and / or process for the ecological recycling of primary metals.
Un autre objectif de la présente invention est de fournir des catalyseurs permettant de mettre en œuvre des réactions de synthèse organique.Another objective of the present invention is to provide catalysts making it possible to carry out organic synthesis reactions.
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
La présente invention concerne un procédé PI de préparation d’un matériau d origine végétale riche en acides phénoliques, comprenant au moins un métal, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :The present invention relates to a PI process for preparing a material of plant origin rich in phenolic acids, comprising at least one metal, said process comprising the following steps:
a. une préparation d’un matériau d’origine végétale provenant d’une plante morte de préférence choisi parmi :at. a preparation of a material of plant origin from a dead plant preferably chosen from:
les plantes aquatiques, de préférence les racines de plantes aquatiques telles que par exemple la jacinthe d’eau ou la laitue d’eau ;aquatic plants, preferably the roots of aquatic plants such as, for example, water hyacinth or water lettuce;
les matériaux riches en tanins tels que par exemple le marc de café ou le marc de thé ;materials rich in tannins such as, for example, coffee grounds or tea grounds;
- les matériaux riches en lignine tels que par exemple la paille de blé, les pommes de pin, l’écorce de pin, les bourres de coco ; et l’obtention d’un matériau d’origine végétal, riche en acides phénoliques, dans lequel le rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR est compris entre 0,5 et 4, de préférence entre l et 3,5, par exemple entre l et 2,5 ;- materials rich in lignin such as, for example, wheat straw, pine cones, pine bark, coconut husks; and obtaining a material of plant origin, rich in phenolic acids, in which the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and the intensity of each of the bands of vibration of the aromatic ring determined in FT-IR is between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3.5, for example between 1 and 2.5;
b. une mise en contact du matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a) avec un effluent comprenant de 0,l à 1000 mg/L d’au moins un métal, de préférence pendant une durée comprise entre 1 heure et 2 heures, à une température de préférence comprise entre 10 et 30°C, etb. contacting the material of plant origin obtained at the end of step a) with an effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L of at least one metal, preferably for a period of between 1 hour and 2 hours, at a temperature preferably between 10 and 30 ° C, and
c. l’obtention d’un matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques comprenant de 1 à 30 % en poids d’au moins un métal par rapport au poids total du matériau.vs. obtaining a material of plant origin rich in phenolic acids comprising from 1 to 30% by weight of at least one metal relative to the total weight of the material.
Les racines de plantes aquatiques sont avantageuses dans le procédé de l invention du fait de leur stucture polymérique. Les plantes aquatiques avantageusement employées sont la jacinthe d’eau (Eicchornia crassipes) ou la laitue d’eau (Pistia stratiotes).The roots of aquatic plants are advantageous in the process of the invention due to their polymeric structure. Aquatic plants advantageously used are water hyacinth (Eicchornia crassipes) or water lettuce (Pistia stratiotes).
Par « matériau riches en tanins », on entend au sens de la présente invention des matériaux d’origine végétale essentiellement constitués de tanins. Parmi ces matériaux, on peut citer le marc de café et les feuilles de thés vert et/ou noir.For the purposes of the present invention, the term "material rich in tannins" means materials of plant origin essentially consisting of tannins. Among these materials, there may be mentioned coffee grounds and green and / or black tea leaves.
Par « matériaux riches en lignine », on entend au sens de la présente invention les matériaux d’origine végétale comprenant en majorité de la lignine, tels que la paille de céréales telle que la paille de blé, la bourre de coco ou de chanvre; les plantes à fibres; les bois des arbres feuillus tels que le bouleau, le châtaignier, l’eucalyptus; des déchets dérivés du bois notamment par exemple la sciure de peuplier, d’agave, de pin, en particulier l’écorce de pin, ou de sorgho, les cônes des conifères tels que pommes de pin, les bogues telles que celles des châtaigniers.For the purposes of the present invention, the term “materials rich in lignin” is understood to mean materials of plant origin mainly comprising lignin, such as cereal straw such as wheat straw, coconut or hemp floss; fiber plants; woods of deciduous trees such as birch, chestnut, eucalyptus; waste derived from wood, in particular, for example, sawdust from poplar, agave, pine, in particular pine bark, or sorghum, cones of conifers such as pine cones, bugs such as those of chestnuts.
De manière tout à fait surprenante, il a été découvert que les matériaux de l’invention sont aptes à résoudre un ou plusieurs de problèmes techniques de l’invention alors même que les plantes dont ils sont obtenus ne sont plus vivantes. Ainsi, selon une variante préférée de l’invention, le matériau d’origine végétale provient d’une plante morte, c’est-à-dire une plante qui a été récoltée, séchée et éventuellement broyée. Au sens de la présente invention, une plante morte est une plante qui n’est pas capable de se reproduire, de croître ou d’avoir une activité physiologique. Typiquement, les plantes sont récoltées et laissées un ou plusieurs jours hors de leur milieu de culture avant la préparation d’un matériau d’origine végétale selon la présente invention. Cet aspect est particulièrement avantageux en ce qu’il évite le problème technique de la culture des plantes pour une préparation immédiate ou quasi immédiate des matériaux d’origine végétale selon la présente invention.Quite surprisingly, it has been discovered that the materials of the invention are able to solve one or more of the technical problems of the invention even though the plants from which they are obtained are no longer alive. Thus, according to a preferred variant of the invention, the material of plant origin comes from a dead plant, that is to say a plant which has been harvested, dried and possibly crushed. For the purposes of the present invention, a dead plant is a plant which is not capable of reproducing, of growing or of having physiological activity. Typically, the plants are harvested and left one or more days out of their culture medium before the preparation of a material of plant origin according to the present invention. This aspect is particularly advantageous in that it avoids the technical problem of growing plants for immediate or almost immediate preparation of materials of plant origin according to the present invention.
Selon une variante préférée de l’invention, la plante dont est issue le matériau d’origine végétale mis en œuvre dans le procédé de l’invention n’a pas été cultivée sur un effluent comprenant au moins un métal, typiquement un effluent pollué.According to a preferred variant of the invention, the plant from which the material of plant origin used in the process of the invention is derived has not been cultivated on an effluent comprising at least one metal, typically a polluted effluent.
Avantageusement, dans le procédé de l’invention, le matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques est de préférence une poudre de racines de jacinthes d’eau ou de laitue d’eau, de préférence de jacinthe d’eau et de préférence :Advantageously, in the process of the invention, the material of plant origin rich in phenolic acids is preferably a powder of roots of water hyacinth or water lettuce, preferably of water hyacinth and preferably:
la poudre est préférentiellement issue des extrémités des racines ;the powder is preferably obtained from the ends of the roots;
les racines sont dépourvues de parties aériennes et/ou le matériau a subi une déshydratation préalablement à sa mise en œuvre.the roots are devoid of aerial parts and / or the material has undergone dehydration prior to its implementation.
De préférence dans le procédé de l’invention, le matériau d’origine végétale est choisi parmi la jacinthe d’eau, la laitue d’eau, les écorces de pin, l’écorce de pin et les pommes de pins.Preferably in the process of the invention, the material of plant origin is selected from water hyacinth, water lettuce, pine bark, pine bark and pine cones.
Au sens de la présente invention, un matériau d’origine végétal comprenant des acides phénoliques est un matériau d’origine végétale, insoluble dans l’eau, comportant un squelette carboné aromatique et possédant au moins des groupements acides carboxyliques. Ces 5 groupements acides carboxyliques peuvent être naturellement présents dans le matériau d’origine végétale, ou issus d’une modification chimique permettant d’enrichir le squelette carboné en fonctions acides carboxyliquesFor the purposes of the present invention, a material of plant origin comprising phenolic acids is a material of plant origin, insoluble in water, comprising an aromatic carbon skeleton and having at least carboxylic acid groups. These 5 carboxylic acid groups can be naturally present in the material of plant origin, or resulting from a chemical modification allowing the carbon skeleton to be enriched with carboxylic acid functions.
Par « insoluble dans l’eau » on entend ici, un matériau d’origine végétale qui ne peut pas être solubilisé ou dissous dans l’eau. Il forme nécessairement une phase solide hétérogène non 10 miscible à l’eau. Par insoluble, on entend au sens de la présente invention que la limite de solubilité dans l’eau du matériau d’origine végétale est inférieure à 1% massique. Eventuellement, d’infimes parties sont solubles (traces).By "insoluble in water" is meant herein a material of plant origin which cannot be solubilized or dissolved in water. It necessarily forms a heterogeneous solid phase immiscible with water. For the purposes of the present invention, the term “insoluble” means that the limit of solubility in water of the material of plant origin is less than 1% by mass. Eventually, tiny parts are soluble (traces).
La présence d’acides phénoliques dans les matériaux végétaux de la présente invention peut être déterminée grâce à leur analyse infra-rouge (FT-IR). Le principe repose sur la comparaison 15 des intensités des bandes de vibration du cycle aromatique et celle de la liaison C=O du motif acide carboxylique.The presence of phenolic acids in the plant materials of the present invention can be determined by their infrared analysis (FT-IR). The principle is based on the comparison of the intensities of the vibrating bands of the aromatic ring and that of the C = O bond of the carboxylic acid unit.
Le spectre IR du cycle aromatique est caractérisé par trois bandes de vibration situées entre 1600 et 1400 cm'1. La bande de vibration de la liaison C=O du groupement COOH est située entre 1680 et 1620 cm'1, selon le degré de conjugaison.The IR spectrum of the aromatic cycle is characterized by three vibration bands located between 1600 and 1400 cm- 1 . The vibration band of the C = O bond of the COOH group is located between 1680 and 1620 cm −1 , depending on the degree of conjugation.
Grâce à cette analyse infra-rouge, on peut déterminer le rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique.Thanks to this infrared analysis, we can determine the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic ring.
De préférence, l’analyse infra-rouge est réalisée par le spectromètre FT-IR PerkinElmer Spectrum 100.Preferably, the infrared analysis is performed by the FT-IR spectrometer PerkinElmer Spectrum 100.
Les données infra-rouge de certains matériaux d’origine végétale sont regroupées dans le Tableau 1 suivant. La valeur DT représente la différence des transmittances T de deux bandes d’absorption, qui permet de quantifier les intensités de ces bandes à l’intensité du signal incident. La transmittance est connue de l’homme du métier.The infrared data for certain materials of plant origin are grouped together in Table 1 below. The DT value represents the difference of the transmittances T of two absorption bands, which allows the intensities of these bands to be quantified at the intensity of the incident signal. Transmittance is known to those skilled in the art.
Tableau l : Données Infra-rouge de différents matériaux d’origine végétaleTable l: Infra-red data of different materials of plant origin
Concernant les racines de jacinthe d’eau et les racines de laitues d’eau, la bande intense et large à 1620 cm'1 recouvre la bande aromatique à 1600 cm'1. En outre, l’intensité de la bande à 5 1620 est très supérieure à celle des bandes àl512et!414.Concerning the roots of water hyacinth and the roots of water lettuce, the intense and wide band at 1620 cm ' 1 covers the aromatic band at 1600 cm' 1 . In addition, the intensity of the band at 1620 is much higher than that of the bands at 1512 and! 414.
Concernant les marcs de café et de thé, l’intensité de la bande à 1645 est très supérieure à celle des bandes à 1525 cm’1 et 1443-1414 cm1.Regarding coffee and tea grounds, the intensity of the band at 1645 is much higher than that of the bands at 1525 cm- 1 and 1443-1414 cm 1 .
Concernant la paille de blé, l’intensité de la bande à 1654 cm'1 est inférieure à celle de la bande à 1426 cm'1, et concernant la pomme de pins, l’intensité de la bande à 1658 cm'1 est 10 inférieure à celle des bandes à 1602, 1510 et 1441-1419 cm'1.Regarding wheat straw, the intensity of the band at 1654 cm ' 1 is lower than that of the band at 1426 cm' 1 , and regarding pine cones, the intensity of the band at 1658 cm ' 1 is 10 less than that of the bands at 1602, 1510 and 1441-1419 cm ' 1 .
Pour chacun de ces matériaux, il est possible de déterminer le rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique, ce rapport correspondant au rapport des absorbances des 15 bandes respectives.For each of these materials, it is possible to determine the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic cycle, this ratio corresponding to the ratio of the absorbances of the respective 15 bands.
Par « matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques », on entend en particulier un matériau d’origine végétale caractérisé par un rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle 20 aromatique supérieur à 1, de préférence compris entre 1 et 4, encore plus préférentiellement entre 1 et 3,5.The term “material of plant origin rich in phenolic acids” means in particular a material of plant origin characterized by a ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and of the intensity each of the vibration bands of the aromatic cycle greater than 1, preferably between 1 and 4, even more preferably between 1 and 3.5.
Selon une variante, rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C-0 du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique supérieur à 1,5.Alternatively, the ratio of the intensity of the vibration band of the C-0 bond of the COOH group and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic ring greater than 1.5.
On préfère choisir la valeur maximale de rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique de manière à ce que le matériau soit insoluble. Pour certains matériaux, une certaine solubilité peut apparaître en excédant une valeur de ce rapport des bandes caractérisant les acides phénoliques. Cette valeur maximale, de rapport des bandes peut être par exemple de 3,5 ou 3.We prefer to choose the maximum value of the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic ring so that the material is insoluble. For certain materials, a certain solubility can appear by exceeding a value of this ratio of the bands characterizing the phenolic acids. This maximum value, for the ratio of the bands, may for example be 3.5 or 3.
Selon cette définition, les racines de jacinthe d’eau, les racines de laitue d eau, le marc de café et le marc de thé sont considérés comme des matériaux riches en acides phénoliques. Au contraire, la paille de blé et la pomme de pin ne sont pas considérés comme des matériaux riches en acides phénoliques et ne seront avantageux qu’après fonctionnalisation.According to this definition, water hyacinth roots, water lettuce roots, coffee grounds and tea grounds are considered to be materials rich in phenolic acids. On the contrary, wheat straw and pine cone are not considered to be materials rich in phenolic acids and will only be advantageous after functionalization.
Par ailleurs, par « matériau riche en acide phénoliques », on entend également au sens de la présente invention un matériau d’origine végétale comprenant des fonctions acides phénoliques et étant capable de fixer plus de 90%, de préférence plus de 95%, préférentiellement plus de 99%, avantageusement 100% en poids d’au moins un métal compris dans un effluent, pai exemple ledit effluent comprenant de 0,1 à 1000 mg/L d’au moins un métal. Par « fixer» on entend au sens de la présente invention une réaction de complexation entre les acides phénoliques compris dans le matériau d’origine végétale et les métaux avec lesquels il est en contact. Avantageusement, le matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques est capable de fixer plus de 90%, de préférence plus de 95%, préférentiellement plus de 99% en poids d’au moins un métal sous forme ionique compris dans un effluent, par exemple ledit effluent comprenant de 0,1 à 1000 mg/L d’au moins un métal.Furthermore, the term “material rich in phenolic acids” also means, within the meaning of the present invention, a material of plant origin comprising phenolic acid functions and being capable of binding more than 90%, preferably more than 95%, preferably. more than 99%, advantageously 100% by weight of at least one metal included in an effluent, for example said effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L of at least one metal. By "fix" is meant within the meaning of the present invention a complexation reaction between the phenolic acids included in the material of plant origin and the metals with which it is in contact. Advantageously, the material of plant origin rich in phenolic acids is capable of fixing more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 99% by weight of at least one metal in ionic form included in an effluent, for example example said effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L of at least one metal.
On entend par l’expression « un métal sous forme ionique », un métal sous la forme M(I), M(III), M(IV), M(V) ou M(VI). De préférence, le métal est sous forme cationique.By the expression "a metal in ionic form" is meant a metal in the form M (I), M (III), M (IV), M (V) or M (VI). Preferably, the metal is in cationic form.
Il est également entendu que la capacité d’adsorption ou de fixation en métaux sous formes ioniques du matériau d’origine végétale et donc du pourcentage de décontamination dépend en général à la fois de la masse dudit matériaux mis en contact avec le milieu contenant les métaux sous formes ioniques et de la quantité en masse des métaux sous formes ioniques contenus dans le milieu à décontaminer. On entend par « capacité d’absorption » au sens de la présente invention, l’aptitude du matériau d’origine végétale à fixer les métaux à sa surface. Par surface, on entend la surface interne et externe du matériau. La capacité d’absorption peut être exprimée en mmol de métal par gramme de sorbant, ou en gramme de métal par gramme de sorbant.It is also understood that the adsorption or metal binding capacity in ionic forms of the material of plant origin and therefore the percentage of decontamination generally depends both on the mass of said material brought into contact with the medium containing the metals. in ionic forms and the quantity by mass of metals in ionic forms contained in the medium to be decontaminated. For the purposes of the present invention, the term “absorption capacity” means the ability of the material of plant origin to bind metals to its surface. By surface is meant the internal and external surface of the material. The absorption capacity can be expressed in mmol of metal per gram of sorbent, or in grams of metal per gram of sorbent.
Les inventeurs de la présente demande ont découvert que le fait que les matériaux d’origine végétale peuvent fixer les métaux compris dans un effluent trouvait très probablement son origine dans la présence d’acides phénoliques naturels ou fonctionnalisés dans ces matériaux. On parle de biosorption. On parle aussi de biosorbant pour le matériau d’origine végétale selon l’invention.The inventors of the present application have discovered that the fact that the materials of plant origin can fix the metals included in an effluent was very probably due to the presence of natural or functionalized phenolic acids in these materials. We are talking about biosorption. We also speak of a biosorbent for the material of plant origin according to the invention.
Par « biosorption » on entend au sens de la présente invention le processus physico-chimique non physiologique, par lequel les matériaux végétaux riches en acides phénoliques de la présente invention adsorbent certains métaux. La biosorption a lieu pendant l’étape de mise en contact b) du procédé de l’invention.For the purposes of the present invention, the term “biosorption” means the non-physiological physicochemical process, by which the plant materials rich in phenolic acids of the present invention adsorb certain metals. Biosorption takes place during contacting step b) of the process of the invention.
Par « préparation d’un matériau d’origine végétale », on entend toute étape nécessaire permettant d’obtenir un matériau d’origine végétale, telle qu’une étape de déshydration et/ou une étape de broyage.By "preparation of a material of plant origin" is meant any step necessary to obtain a material of plant origin, such as a dehydration step and / or a grinding step.
Typiquement, un procédé PI selon la présente invention comprend à l’étape a), de préparation du matériau d’origine vétégal, une étape de déshydratation et éventuellement de broyage du végétal dont le matériau est obtenu.Typically, a PI process according to the present invention comprises in step a), preparation of the material of plant origin, a step of dehydration and optionally of grinding the plant from which the material is obtained.
Par déshydratation on entend un traitement du matériau d’origine végétale de préférence à une température comprise entre 20°C et 90°C, de préférence sous air.By dehydration is meant a treatment of the material of plant origin preferably at a temperature between 20 ° C and 90 ° C, preferably in air.
L’étape de broyage peut être mise en œuvre à l’aide d’un broyeur mixeur pendant quelques minutes. Cette étape permet d’obtenir un matériau d’origine végétal broyé, de préférence sous forme de poudre, de préférence sous forme d’une poudre dont la granulométrie est inférieure à 1,5 mm, et par exemple comprise entre 0,5 et 1,5 mm. La granulométrie est de préférence mesurée sur un tamis avec des ouvertures de maille 1,5 mm. Ainsi, la granulométrie représente la dimension maximale des grains de poudre du matériau d’origine végétale. Le broyage peut s’appliquer à tous les matériaux d’origine végétale. Avantageusement, le marc de café et de thé ne subit pas d’étape de broyage. Ils sont toutefois abondamment lavés avec de l’eau chaude jusqu’à l’élimination des produits solubles qu’ils contiennent.The grinding step can be carried out using a grinder mixer for a few minutes. This step makes it possible to obtain a material of crushed plant origin, preferably in the form of a powder, preferably in the form of a powder, the particle size of which is less than 1.5 mm, and for example between 0.5 and 1. , 5 mm. The particle size is preferably measured on a sieve with 1.5 mm mesh openings. Thus, the particle size represents the maximum dimension of the powder grains of the material of plant origin. Grinding can be applied to all materials of plant origin. Advantageously, the coffee and tea grounds do not undergo a grinding step. However, they are washed thoroughly with hot water until the soluble products they contain are removed.
Suite à l’étape de broyage, la poudre obtenue peut être lavée à l’eau, de préférence entre 25 et 50°C, puis cette poudre est filtrée, de préférence sur cellulose, et séchée à une température comprise entre 40 et 90°C, par exemple dans une étuve à 80 °C pendant 12h.Following the grinding step, the powder obtained can be washed with water, preferably between 25 and 50 ° C, then this powder is filtered, preferably on cellulose, and dried at a temperature between 40 and 90 ° C, for example in an oven at 80 ° C for 12 hours.
Les matériaux riches en tannin, sont lavés, filtrés et séchés dans les mêmes conditions que celles décrites ci-dessus.Materials rich in tannin are washed, filtered and dried under the same conditions as those described above.
Les matériaux riches en lignine sont tout d’abord lavés de préférence à l’isopropanol, afin d’éliminer les acides résiniques. Ils sont ensuite broyés à l’aide d’un broyeur mixeur pendant quelques minutes. La poudre obtenue est à nouveau lavée de préférence à l isopropanol, puis à l’eau chaude, filtrée sur cellulose, avant d’être séchée à l’étuve à 80°C pendant I2h.Materials rich in lignin are first washed, preferably with isopropanol, in order to remove resin acids. They are then ground using a grinder mixer for a few minutes. The powder obtained is washed again, preferably with isopropanol, then with hot water, filtered through cellulose, before being dried in an oven at 80 ° C for 12 hours.
De préférence, le matériau d’origine végétale utilisé dans l’étape a) de l invention est dépourvu ou sensiblement dépourvu de métaux choisi parmi le groupe des platinoïdes et en particulier Pt, Pd ou Rh, les terres rares et en particulier Ce, Eu, Yb et Sc ; ou parmi le groupe comprenant Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni et Co, de préférence parmi le groupe comprenant Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Cd, Ni et Co. Avantageusement, chaque teneur en Fe, Al, Cu, Ni, Zn et Mn dans le matériau d origine végétale utilisé dans l étape a) de l’invention est inférieure à 0,01% en poids.Preferably, the material of plant origin used in step a) of the invention is devoid or substantially devoid of metals chosen from the group of platinoids and in particular Pt, Pd or Rh, rare earths and in particular Ce, Eu , Yb and Sc; or from the group comprising Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni and Co, preferably from the group comprising Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al , Ca, Mg, As, Cd, Ni and Co. Advantageously, each content of Fe, Al, Cu, Ni, Zn and Mn in the material of plant origin used in step a) of the invention is less than 0, 01% by weight.
Typiquement, le matériau d’origine végétale utilisé dans l’étape a) de l’invention comprend au moins un métal physiologique choisi parmi Ca, K, Mg ou Na. De préférence, le matériau d’origine végétale utilisé dans l’étape a) de l’invention comprend de 0,1 à 3,5% en poids d’au moins un métal choisi parmi Ca, K, Mg ou Na.Typically, the material of plant origin used in step a) of the invention comprises at least one physiological metal chosen from Ca, K, Mg or Na. Preferably, the material of plant origin used in step a) of the invention comprises from 0.1 to 3.5% by weight of at least one metal chosen from Ca, K, Mg or Na.
Avantageusement, le matériau peut comprendre de 0,8 à 3,4% en poids de Ca, de 0,1 à 0,8% en poids de K, de 0 à 0,5% en poids de Mg et 0 à 0,7% en poids de Na. De préférence, les racines de jacinthe d’eau comprennent 3,4%pds de Ca, 0,8% pds de K, 0,5% pds de Mg et 0,7% pds de Na ; le marc de café comprend 0,5% pds de Ca, 0,8% pds de K, 0,2% pds de Mg ; la pomme de pin comprend 0,5% pds de CA et 0,2%pds de K ; et l’écorce de pin comprend 0,8%pds de Ca et 0,l%pds de K.Advantageously, the material can comprise from 0.8 to 3.4% by weight of Ca, from 0.1 to 0.8% by weight of K, from 0 to 0.5% by weight of Mg and 0 to 0, 7% by weight of Na. Preferably, the water hyacinth roots comprise 3.4 wt% Ca, 0.8 wt% K, 0.5 wt% Mg and 0.7 wt% Na; the coffee grounds include 0.5 wt% Ca, 0.8 wt% K, 0.2 wt% Mg; the pine cone comprises 0.5 wt% CA and 0.2 wt% K; and the pine bark comprises 0.8 wt% Ca and 0.1 wt% K.
Lors de l’étape de mise en contact b) du matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a) avec un effluent comprenant de 0,1 à 1 000 mg/L, de préférence de 5 à 100 mg/L, de préférence de 14 à 40 mg/L d’au moins un métal ; le matériau d’origine végétale, qui est alors de préférence sous la forme d’une poudre insoluble dans l’eau, est ajouté à un effluent comprenant de 0,1 à 1 000 mg/L, de préférence de 5 à 100 mg/L, de préférence de 14 à 40 mg/L d’au moins un métal. Le matériau est ajouté en quantité suffisante pour fixer ledit au moins un métal sous forme ionique. Cette quantité est déterminée grâce à l’étude de la capacité d’absorption de chaque matériau d’origine végétale. L’étape b) de mise en contact peut être réalisée par tout moyen connu de l’homme du métier, par exemple via l’élution de l’effluent dans une colonne comprenant le matériau d’origine végétale. Le matériau d’origine végétale peut comprendre initialement des métaux physiologique (Ca, Na, K) et les relargue lors de la mise en contact avec l’effluent (étape b). Le système est similaire à une résine échangeuse d’ions : Na et K sont remplacés par Fe et Mn.During the step of bringing into contact b) the material of plant origin obtained at the end of step a) with an effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L, preferably from 5 to 100 mg / L, preferably 14 to 40 mg / L of at least one metal; the material of plant origin, which is then preferably in the form of a powder insoluble in water, is added to an effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L, preferably from 5 to 100 mg / L, preferably 14 to 40 mg / L of at least one metal. The material is added in an amount sufficient to fix said at least one metal in ionic form. This amount is determined by studying the absorption capacity of each material of plant origin. Step b) of contacting can be carried out by any means known to those skilled in the art, for example by eluting the effluent in a column comprising the material of plant origin. The material of plant origin can initially include physiological metals (Ca, Na, K) and releases them when it comes into contact with the effluent (step b). The system is similar to an ion exchange resin: Na and K are replaced by Fe and Mn.
Au sens de la présente invention, par « effluent », on entend un milieu liquide aqueux, pouvant être par exemple choisi parmi :For the purposes of the present invention, the term “effluent” is understood to mean an aqueous liquid medium, which may for example be chosen from:
un milieu réactionnel dans lequel une réaction chimique faisant intervenir un catalyseur métallique a été effectuée ; ou un effluent provenant d’un milieu réactionnel dans lequel une réaction chimique faisant intervenir un catalyseur métallique a été effectuée ; ou un effluent d’origine extractive ou industrielle par exemple issu des mines, des carrières ou de la sidérurgie et comportant des éléments métalliques.a reaction medium in which a chemical reaction involving a metal catalyst has been carried out; or an effluent from a reaction medium in which a chemical reaction involving a metal catalyst has been carried out; or an effluent of extractive or industrial origin, for example from mines, quarries or the steel industry and comprising metallic elements.
Les métaux présents dans les effluents peuvent être répartis en trois catégories :The metals present in the effluents can be divided into three categories:
Les ressources stratégiques : platinoïdes (Pd, Pt, Rh, ...) et de terres rares (Ce, Eu, Yb, Sc, ...);Strategic resources: platinoids (Pd, Pt, Rh, ...) and rare earths (Ce, Eu, Yb, Sc, ...);
Les ressources primaires : Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg ;Primary resources: Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg;
Les éléments toxiques : As, Sb, Cr, Cd, Pb, Ni, Co.Toxic elements: As, Sb, Cr, Cd, Pb, Ni, Co.
De préférence, l’effluent comprend au moins un métal choisi parmi le groupe des platinoïdes et en particulier Pt, Pd ou Rh, les terres rares et en particulier Ce, Eu, Yb et Sc ; ou parmi le groupe comprenant Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni et Co, de préférence parmi le groupe comprenant Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Cd, Ni et Co. Avantageusement, l’effluent comprend un métal choisi parmi le groupe comprenant Cu, Pb, Cd ou Ni ou parmi le groupe comprenant Pd, Sc, Co, Fe, Mn, As, Ce, Eu, Yb.Preferably, the effluent comprises at least one metal chosen from the group of platinoids and in particular Pt, Pd or Rh, rare earths and in particular Ce, Eu, Yb and Sc; or from the group comprising Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni and Co, preferably from the group comprising Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al , Ca, Mg, As, Cd, Ni and Co. Advantageously, the effluent comprises a metal chosen from the group comprising Cu, Pb, Cd or Ni or from the group comprising Pd, Sc, Co, Fe, Mn, As, Ce, Eu, Yb.
Avantageusement, l’effluent comprend au moins un métal sous forme ionique choisi parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce).Advantageously, the effluent comprises at least one metal in ionic form chosen from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) , lead (Pb), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium (Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal of lanthanide series including europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce).
De manière avantageuse selon l’invention, l’effluent est un effluent d’origine extractive ou industrielle comportant des éléments métalliques et en particulier un effluent provenant d’une carrière et comprenant au moins un métal choisi parmi le fer (Fe), le manganèse (Mn), le zinc (Zn), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le scandium (Sc), le cérium (Ce) et le lithium (Li), ou l’osmium (Os).Advantageously according to the invention, the effluent is an effluent of extractive or industrial origin comprising metallic elements and in particular an effluent originating from a quarry and comprising at least one metal chosen from iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), scandium (Sc), cerium (Ce) and lithium (Li), or osmium (Bone).
Selon une variante, l’effluent comprend un ou plusieurs métaux choisis parmi Pb, Sc, Eu, et Ce, ou parmi les terres rares, ou parmi Co et Fe, Mn, ou parmi Cr, Zn Ni, As, Cd ou Cu.According to one variant, the effluent comprises one or more metals chosen from among Pb, Sc, Eu, and Ce, or from rare earths, or from Co and Fe, Mn, or from Cr, Zn Ni, As, Cd or Cu.
De manière avantageuse, l’étape b) du procédé de l’invention a lieu pendant un temps suffisant pour fixer un quantité de métal satisfaisante par le matériau d’origine végétale, et typiquement a lieu pendant au moins une heure, de préférence au moins deux heures, ou pendant une durée comprise entre l et 2 heures. De préférence, la température de cette étape est supérieure à 0°C, de préférence comprise entre 10°C et 30°C, de préférence comprise entre 20°C et25°C.Advantageously, step b) of the process of the invention takes place for a time sufficient to fix a satisfactory quantity of metal by the material of plant origin, and typically takes place for at least one hour, preferably at least. two hours, or for a period of between 1 and 2 hours. Preferably, the temperature of this step is greater than 0 ° C, preferably between 10 ° C and 30 ° C, preferably between 20 ° C and 25 ° C.
Suite à cette étape b), le milieu comprenant l’effluent et le matériau d’origine végétal peut être filtré afin de récupérer le matériau d’origine végétale comprenant au moins un métal. Avantageusement, le matériau d’origine végétal a fixé au moins 90%, de préférence plus de 95%, préférentiellement plus de 99% en poids, avantageusement sensiblement 100% dudit métal présent dans l’effluent. Cette filtration peut se faire en mode « batch » ou sur colonne. Par « sensiblement » on entend ici que le métal reste dans l’effluent est sous forme de trace.Following this step b), the medium comprising the effluent and the material of plant origin can be filtered in order to recover the material of plant origin comprising at least one metal. Advantageously, the material of plant origin has fixed at least 90%, preferably more than 95%, preferably more than 99% by weight, advantageously substantially 100% of said metal present in the effluent. This filtration can be done in “batch” mode or on a column. By "substantially" is meant here that the metal remaining in the effluent is in trace form.
D’une manière avantageuse selon le procédé de l’invention, lorsque le matériau végétal est la jacinthe d’eau, l’effluent comprend au moins un métal choisi parmi Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Rh, Mn, Fe, Zn, As, Cr ou Sb, de préférence parmi Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn ou As ; lorsque le matériau végétal est la laitue d’eau, l’effluent comprend au moins un métal choisi parmi Pd, Pt, Rh ou Ni, de préférence parmi Pd, Pt ou Ni ;Advantageously according to the process of the invention, when the plant material is water hyacinth, the effluent comprises at least one metal chosen from Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Rh, Mn, Fe, Zn, As, Cr or Sb, preferably from Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn or As; when the plant material is water lettuce, the effluent comprises at least one metal selected from Pd, Pt, Rh or Ni, preferably from Pd, Pt or Ni;
lorsque le matériau végétal est le marc de café, l’effluent comprend au moins un métal choisi parmi Pd, Pt, Rh, Mn, Fe, Zn, Ni ou Cd, de préférence parmi Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, Ni ou Cd.when the plant material is coffee grounds, the effluent comprises at least one metal chosen from Pd, Pt, Rh, Mn, Fe, Zn, Ni or Cd, preferably from Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, Ni or Cd.
Avantageusement, à la fin de l’étape b), le matériau d’origine végétale est séché dans une étuve, de préférence à une température comprise entre 70°C et 90°C, de préférence à 85°C, puis il est traité thermiquement par exemples à 550°C pendant 6 heures.Advantageously, at the end of step b), the material of plant origin is dried in an oven, preferably at a temperature between 70 ° C and 90 ° C, preferably at 85 ° C, then it is treated. thermally, for example at 550 ° C for 6 hours.
De préférence, le matériau d’origine végétale obtenu lors de l’étape c) comprend au moins un métal choisi parmi le groupe des platinoïdes et en particulier Pt, Pd ou Rh, les terres rares et en particulier Ce, Eu, Yb et Sc ; ou parmi le groupe comprenant Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni et Co ; avantageusement choisi parmi le groupe comprenant Cu, Pb, Cd ou Ni ou parmi le groupe comprenant Pd, Sc, Co, Fe, Mn, As, Ce, Eu, Yb.Preferably, the material of plant origin obtained during step c) comprises at least one metal chosen from the group of platinoids and in particular Pt, Pd or Rh, rare earths and in particular Ce, Eu, Yb and Sc ; or from the group comprising Zn, Mn, Ni, Cu, Fe, Al, Ca, Mg, As, Sb, Cr, Cd, Ni and Co; advantageously chosen from the group comprising Cu, Pb, Cd or Ni or from the group comprising Pd, Sc, Co, Fe, Mn, As, Ce, Eu, Yb.
Avantageusement, le matériau obtenu selon le procédé de l’invention comprend de l à 20% en poids, par exemple de 1 à 10% en poids de métaux choisi parmi Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, As ou Cd.Advantageously, the material obtained according to the process of the invention comprises from 1 to 20% by weight, for example from 1 to 10% by weight of metals chosen from Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, As or Cd.
De préférence, la teneur en métaux dans le matériau d’origine végétale obtenu lors de l’étape c) est déterminée par MP-AES (spectrométrie d’émission atomique à plasma micro-ondes) ou ICP-MS (spectroscopie de masse à plasma à couplage inductif). Cette teneur en métaux peut être mesurée directement après le séchage et le traitement thermique effectués avant l’étape c). La teneur en métal est exprimée en fonction du poids total de matériau d’origine végétale obtenu à l’issue de l’étape b).Preferably, the metal content in the material of plant origin obtained during step c) is determined by MP-AES (microwave plasma atomic emission spectrometry) or ICP-MS (plasma mass spectroscopy). inductively coupled). This metal content can be measured directly after the drying and heat treatment carried out before step c). The metal content is expressed as a function of the total weight of material of plant origin obtained at the end of step b).
L’invention concerne également un procédé P2 de dépollution ou de traitement d’un effluent comprenant au moins un métal, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a P2 method for depolluting or treating an effluent comprising at least one metal, said method comprising the following steps:
a. une préparation d’un matériau d’origine végétale provenant d’une plante morte choisi parmi :at. a preparation of a material of plant origin from a dead plant chosen from:
les plantes aquatiques, de préférence les racines de plantes aquatiques telles que la jacinthe d’eau ou la laitue d’eau ;aquatic plants, preferably the roots of aquatic plants such as water hyacinth or water lettuce;
les matériaux riches en tanins tels que le marc de café ou le marc de thé ;materials rich in tannins such as coffee grounds or tea grounds;
les matériaux riches en lignine tels que la paille de blé, l’écorce de pin, les pommes de pin, bourres de coco ;lignin-rich materials such as wheat straw, pine bark, pine cones, coconut husks;
et l’obtention d’un matériau d’origine végétal, riche en acides phénoliques, dans lequel le rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR est compris entre 0,5 et 4, de préférence entre 1 et 3,5, par exemple entre 1 et 2,5 ;and obtaining a material of plant origin, rich in phenolic acids, in which the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and of each of the vibration bands of the aromatic ring determined in FT-IR is between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3.5, for example between 1 and 2.5;
b. une mise en contact du matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a) avec un effluent comprenant de 0,1 à 1000 mg/L d’au moins un métal, de préférence pendant une durée comprise entre 1 heure et 2 heures, à une température de préférence comprise entre 10et30°C, etb. bringing the material of plant origin obtained at the end of step a) into contact with an effluent comprising from 0.1 to 1000 mg / L of at least one metal, preferably for a period of between 1 hour and 2 hours, at a temperature preferably between 10 and 30 ° C, and
c. l’obtention d’un effluent comprenant moins de 100 mg/L en poids dudit au moins un métal.vs. obtaining an effluent comprising less than 100 mg / L by weight of said at least one metal.
Le procédé de dépollution de l’invention permet avantageusement d’atteindre les normes de rejet environnement et peut être chimiosélectif.The depollution process of the invention advantageously makes it possible to achieve environmental rejection standards and can be chemoselective.
L’ensemble des modes de réalisation, variantes, et caractéristiques préférentielles du procédé PI s’applique, seul ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons, également au procédé P2 de dépollution de l’invention.All of the embodiments, variants, and preferred characteristics of the PI process apply, alone or in any of their combinations, also to the P2 depollution process of the invention.
Avantageusement, la quantité suffisante de matériau d’origine végétale est de 0,5 g à 20 g/L pour dépolluer des effluents industriels contenant des concentrations en métal sous forme ionique de 5 à 500 mg/L. Ceci est particulièrement vrai lorsque le métal est choisi parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce).Advantageously, the sufficient quantity of material of plant origin is from 0.5 g to 20 g / L to decontaminate industrial effluents containing concentrations of metal in ionic form of 5 to 500 mg / L. This is especially true when the metal is chosen from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb ), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li) , osmium (Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series, in particular l 'europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce).
De préférence, l’étape c) du procédé P2 permet d’obtenir un effluent comprenant de 0 à 100 mg/L, de préférence de 0 à 50 mg/L, avantageusement de 0 à 15 mg/L, encore plus avantageusement de 0 à 5 mg/L en au moins un métal choisis parmi Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, As ou Cd.Preferably, step c) of method P2 makes it possible to obtain an effluent comprising from 0 to 100 mg / L, preferably from 0 to 50 mg / L, advantageously from 0 to 15 mg / L, even more advantageously from 0 at 5 mg / L of at least one metal chosen from Sc, Ni, Ce, Yb, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Mn, Fe, Zn, As or Cd.
Selon un mode particulier de réalisation, le matériau d’origine végétal qui a été préparé à l’issue de l’étape a) dans les procédés PI ou P2 de l’invention est caractérisé par un rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR inférieur à 1, de préférence compris entre 0 et 1.According to a particular embodiment, the material of plant origin which was prepared at the end of step a) in the PI or P2 processes of the invention is characterized by a ratio of the intensity of the band of vibration of the C = O bond of the COOH group and of the intensity of each of the vibration bands of the aromatic cycle determined in FT-IR less than 1, preferably between 0 and 1.
Dans ce cas, les procédés PI ou P2 peuvent comprendre une étape de fonctionnalisation du matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a), ladite étape étant antérieure à l’étape b), et obtention d’un matériau d’origine végétal dans lequel le rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR est supérieur à 1, de préférence compris entre 1 et 3, encore plus préférentiellement entre 1 et 2,5. Les pommes de pin et écorces de pin sont caractérisés par un rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR inférieur à 1, mais l’étape de fonctionnalisation n’est pas nécessaire pour ccs matériaux qui complexent le palladium.In this case, the PI or P2 processes can comprise a step of functionalizing the material of plant origin obtained at the end of step a), said step being prior to step b), and obtaining a material of plant origin in which the ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and of the intensity of each of the vibration bands of the aromatic cycle determined in FT-IR is greater than 1, preferably between 1 and 3, even more preferably between 1 and 2.5. Pine cones and pine bark are characterized by a ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the COOH group and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic cycle determined in FT-IR less than 1, but the functionalization step is not necessary for ccs materials which complex palladium.
Lorsque les procédés PI ou P2 selon l’invention comprennent une étape de fonctionnalisation, celle-ci peut être réalisée par exemple via :When the PI or P2 processes according to the invention include a functionalization step, this can be carried out for example via:
une réaction de carboxylation du matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a) avec un anhydride d’acide carboxylique dans un solvant polaire aprotique tel que l’acétate d’éthyle, l’anhydride étant de préférence choisi parmi les anhydrides mixtes, cycliques, aliphatiques, fonctionnalisés, générés in situ ou préalablement à la mise en œuvre de la réaction de carboxylation ; ou une réaction d’estérification autocatalysée entre le matériau d’origine végétal obtenu à l’issue de l’étape a) et un polyacide, cette réaction ayant lieu dans un solvant de préférence choisi parmi l’éthanol ou l’acétate d’éthyle ; ou une réaction d’estérification suivie d’une hydrolyse et d’une transfonctionnalisation .a carboxylation reaction of the material of plant origin obtained at the end of step a) with a carboxylic acid anhydride in an aprotic polar solvent such as ethyl acetate, the anhydride being preferably chosen from mixed, cyclic, aliphatic, functionalized anhydrides generated in situ or prior to the implementation of the carboxylation reaction; or an autocatalyzed esterification reaction between the material of plant origin obtained at the end of step a) and a polyacid, this reaction taking place in a solvent preferably chosen from ethanol or ethyl acetate ; or an esterification reaction followed by hydrolysis and transfunctionalization.
Avantageusement, l’étape de fonctionnalisation peut être réalisée via l’ouverture d’anhydrides fonctionnalisés ou non, générés in situ ou préparés préalablement, tel quel l’anhydride glutarique, de préférence des anhydrides carboxyliques cycliques à cinq centres de préférence l’anhydride succinique, les anhydrides aconitiques et itaconiques, avec un polyacide par autocatalyse, de préférence l’acide citrique, l’acide succinique, l’acide maléique ou l’acide glutarique introduit en milieu non aqueux, de préférence aprotique, tel que l’acétate d’éthyle.Advantageously, the functionalization step can be carried out via the opening of functionalized or non-functionalized anhydrides, generated in situ or prepared beforehand, such as glutaric anhydride, preferably cyclic carboxylic anhydrides with five centers, preferably succinic anhydride. , aconitic and itaconic anhydrides, with a polyacid by autocatalysis, preferably citric acid, succinic acid, maleic acid or glutaric acid introduced in a non-aqueous medium, preferably aprotic, such as acetate d 'ethyl.
La présente invention concerne également un matériau d’origine végétale, riche en acides phénoliques, éventuellement comprenant au moins un métal, ledit matériau étant susceptible d’être obtenu selon le procédé Pl ou P2 de l’invention, et éventuellement comprenant des fonctions acides phénoliques fonctionnalisées.The present invention also relates to a material of plant origin, rich in phenolic acids, optionally comprising at least one metal, said material being capable of being obtained according to the P1 or P2 process of the invention, and optionally comprising phenolic acid functions. functionalized.
La présente invention concerne également un matériau d’origine végétale, riche en acides phénoliques, éventuellement comprenant au moins un métal, caractérisé en ce que ladite origine végétale est choisie parmi :The present invention also relates to a material of plant origin, rich in phenolic acids, optionally comprising at least one metal, characterized in that said plant origin is chosen from:
- les plantes aquatiques, de préférence les racines de plantes aquatiques telles que la jacinthe d’eau ou la laitue d’eau ;- aquatic plants, preferably the roots of aquatic plants such as water hyacinth or water lettuce;
- les matériaux riches en tanins tels que le marc de café ou le marc de thé ;- materials rich in tannins such as coffee grounds or tea grounds;
- les matériaux riches en lignine tels que la paille de blé, les pommes de pin, les écorces de pin, les bourres de coco, ledit matériau présentant un rapport de l’intensité de la bande de vibration de la liaison C=O du groupe COOH et de l’intensité de chacune des bandes de vibration du cycle aromatique déterminées en FT-IR est supérieur à 1, de préférence compris entre 1 et 3, et éventuellement comprenant des fonctions acides phénoliques fonctionnalisées.- materials rich in lignin such as wheat straw, pine cones, pine bark, coconut husks, said material exhibiting a ratio of the intensity of the vibration band of the C = O bond of the group COOH and the intensity of each of the vibration bands of the aromatic cycle determined in FT-IR is greater than 1, preferably between 1 and 3, and optionally comprising functionalized phenolic acid functions.
Avantageusement, le matériau d’origine végétale selon l’invention est caractérisé par un taux de fonctionnalisation compris entre 0,0007 et 0,0014 molNaon/g de matériau dans le cas de la jacinthe d’eau et entre 0,0006 et 0,0018 moRaon/g de matériau dans le cas du marc de café. Ce taux de fonctionnalisation peut être mesuré par titration du matériau fonctionnalisé à l’aide d’une solution de NaOH (2M) jusqu’à l’obtention d’un pH égal à 7.Advantageously, the material of plant origin according to the invention is characterized by a degree of functionalization of between 0.0007 and 0.0014 molNaon / g of material in the case of water hyacinth and between 0.0006 and 0, 0018 moRaon / g of material in the case of coffee grounds. This degree of functionalization can be measured by titration of the functionalized material using a solution of NaOH (2M) until a pH equal to 7 is obtained.
Les inventeurs de la présente demande ont montré de manière surprenante que l’utilisation des matériaux d’origine végétale broyés et conditionnés sous forme de poudre, par exemple, une poudre de racines de plantes aquatiques, notamment de la jacinthe d’eau permet de fixer les métaux choisis notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides, notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce) de façon plus efficace en comparaison avec l’utilisation de plantes vivantes fixant les métaux par rhizofiltration.The inventors of the present application have surprisingly shown that the use of materials of plant origin crushed and packaged in powder form, for example, a powder of the roots of aquatic plants, in particular water hyacinth, makes it possible to fix metals chosen in particular from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), zinc ( Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium ( Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series, in particular europium (Eu ), ytterbium (Yb), cerium (Ce) more efficiently in comparison with the use of living plants fixing metals by rhizofiltration.
Les matériaux d’origine végétale comprenant au moins un métal et obtenus par les procédés de l’invention, et donc ayant fixés au moins un métal sous forme ionique choisi notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides, notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce), peuvent être directement valorisés par écocatalyse.Materials of plant origin comprising at least one metal and obtained by the methods of the invention, and therefore having fixed at least one metal in ionic form chosen in particular from scandium (Sc), manganese (Mn), iron ( Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd) , iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium (Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony ( Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series, in particular europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce), can be directly upgraded by ecocatalysis.
L’invention concerne également un procédé P3 de préparation d’un catalyseur de réaction de synthèse organique comprenant un traitement thermique d’un matériau d’origine végétale comprenant au moins un métal selon l’invention ou susceptible d’être obtenu selon l’un quelconque des procédés de l’invention, de préférence à une température comprise entre 500 et 800°C et de préférence pendant une durée comprise entre 2 et 8 heures, et l’obtention d’un matériau calcinéThe invention also relates to a process P3 for preparing an organic synthesis reaction catalyst comprising a heat treatment of a material of plant origin comprising at least one metal according to the invention or obtainable according to one. any of the processes of the invention, preferably at a temperature between 500 and 800 ° C and preferably for a period of between 2 and 8 hours, and obtaining a calcined material
La présente invention concerne également un matériau d'origine végétale comprenant au moins un métal ou susceptible d’être obtenu selon les procédés de l’invention. Avantageusement, le matériau d’origine végétale comprenant au moins un métal ou susceptible d’être obtenu selon les procédés de l’invention comprend le sel mixte : CazMnsOs.The present invention also relates to a material of plant origin comprising at least one metal or capable of being obtained according to the methods of the invention. Advantageously, the material of plant origin comprising at least one metal or capable of being obtained according to the methods of the invention comprises the mixed salt: CazMnsOs.
L’ensemble des modes de réalisation, variantes, et caractéristiques préférentielles des procédés PI et P2 s’applique, seul ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons, également au procédé P3.All of the embodiments, variants, and preferred characteristics of the PI and P2 processes apply, alone or in any of their combinations, also to the P3 process.
Au sens de la présente invention, le traitement thermique est réalisé à l'air ou sous atmosphère d'argon dans un four de préférence pendant une durée comprise entre 4 et 6 heures.For the purposes of the present invention, the heat treatment is carried out in air or under an argon atmosphere in an oven, preferably for a period of between 4 and 6 hours.
Le traitement thermique peut également être réalisé en deux étapes, la première à une température inférieure à 500°C de préférence de l'ordre de 350°C et à une seconde étape a une température de l'ordre de 550°C chacune de ces étapes étant réalisée pendant environ 3 heures. De manière préférentielle, le traitement thermique est réalisé à 550°C pendant 6 heures.The heat treatment can also be carried out in two stages, the first at a temperature below 500 ° C preferably of the order of 350 ° C and in a second stage at a temperature of the order of 550 ° C each of these. steps being carried out for about 3 hours. Preferably, the heat treatment is carried out at 550 ° C. for 6 hours.
De préférence, le procédé P3 comprend un traitement acide du matériau calciné.Preferably, the P3 process comprises an acid treatment of the calcined material.
De préférence, le traitement acide est effectué par de l’acide chlorhydrique, en particulier de l’acide chlorhydrique à une concentration comprise entre O,1N et 12N, de l’acide formique, de l’acide sulfurique, de l’acide bromhydrique, de l’acide tnfluoroacétique ou de l acide trifluorométhanesulfonique.Preferably, the acid treatment is carried out with hydrochloric acid, in particular hydrochloric acid at a concentration between 0.1N and 12N, formic acid, sulfuric acid, hydrobromic acid. , tnfluoroacetic acid or trifluoromethanesulfonic acid.
Les matériaux calcinés peuvent être activés et utilisés en catalyse chimique pour la synthèse de biomolécules à haute valeur ajoutée. Les opportunités dérivées du nouveau type de biomasse proposée sont nombreuses et dégagent un nombre considérable de possibilités en catalyse acide, oxydations vertes, réactions d’oxydo-réduction, et couplages, et notamment en phase homogène.The calcined materials can be activated and used in chemical catalysis for the synthesis of high added value biomolecules. The opportunities derived from the new type of biomass proposed are numerous and reveal a considerable number of possibilities in acid catalysis, green oxidations, redox reactions, and couplings, and in particular in the homogeneous phase.
Ainsi, l’invention concerne un procédé P4 pour la mise en œuvre d une réaction de synthèse organique faisant intervenir le matériau calciné à titre de catalyseur.Thus, the invention relates to a P4 process for carrying out an organic synthesis reaction involving the calcined material as a catalyst.
Avantageusement, le procédé P4 comprend les étapes suivantes .Advantageously, the method P4 comprises the following steps.
- le traitement thermique d’un matériau d’origine végétale comprenant au moins un métal selon l’invention ou susceptible d’être obtenu selon l’un quelconque des procédés de l’invention, de préférence à une température comprise entre 500 et 800°C et de préférence pendant une durée comprise entre 2 et 8 heures, et l’obtention d’un matériau calciné ;- the heat treatment of a material of plant origin comprising at least one metal according to the invention or obtainable according to any one of the processes of the invention, preferably at a temperature between 500 and 800 ° C and preferably for a period of between 2 and 8 hours, and obtaining a calcined material;
- la mise en œuvre d’une réaction de synthèse organique faisant intervenir le matériau calciné à titre de catalyseur.- the implementation of an organic synthesis reaction involving the calcined material as a catalyst.
L’ensemble des modes de réalisation, variantes, et caractéristiques préférentielles des procédés PI, P2 et P3 s’applique, seul ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons, également au procédé P4.All of the embodiments, variants, and preferred characteristics of the PI, P2 and P3 processes apply, alone or in any of their combinations, also to the P4 process.
Avantageusement, dans le procédé P4, la mise en œuvre d’une réaction de synthèse organique de l’invention est réalisée sans rajout de métal provenant d’une autre origine que le matériau calciné.Advantageously, in process P4, the implementation of an organic synthesis reaction of the invention is carried out without adding metal from another origin than the calcined material.
Selon la présente invention, on entend par « catalyseur » le produit obtenu suite au procédéAccording to the present invention, the term “catalyst” is understood to mean the product obtained following the process.
P3.P3.
La présente demande concerne également l’utilisation comme catalyseur et notamment en phase homogène, d’une composition contenant un catalyseur métallique provenant, éventuellement après traitement acide, des cendres obtenues par traitement thermique d’un matériau d’origine végétale, sous la forme d’une poudre insoluble dans l’eau en quantité suffisante pour fixer au moins 90%, 95% ou de préférence 100% du ou des métaux présents dans le milieu liquide à traiter, riche en acides phénoliques, ayant fixé au moins un métal sous forme ionique choisi notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce), catalyseur métallique dont le métal ou les métaux sont choisis parmi les métaux provenant dudit matériau et dont le métal ou les métaux présents dans la composition de l’invention proviennent exclusivement du matériau d’origine végétale et sans rajout de métal provenant d’une autre origine que ledit matériau pour la mise en œuvre de réactions de synthèse organique faisant intervenir ledit catalyseur.The present application also relates to the use as a catalyst and in particular in a homogeneous phase, of a composition containing a metal catalyst originating, optionally after acid treatment, from the ash obtained by heat treatment of a material of plant origin, in the form of 'a powder insoluble in water in an amount sufficient to fix at least 90%, 95% or preferably 100% of the metal (s) present in the liquid medium to be treated, rich in phenolic acids, having fixed at least one metal in the form ionic chosen in particular from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), zinc (Zn) ), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium (Os ), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series in particular europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce), a metal catalyst, the metal or metals of which are chosen from the metals originating from said material and of which the metal or metals present in the composition of the invention come exclusively from the material of plant origin and without the addition of metal originating from another origin than the said material for the implementation of organic synthesis reactions involving the said catalyst.
De préférence, les réactions mises en œuvre dans le procédé de l’invention sont choisies parmi les réactions de couplages, de préférence choisies parmi ;Preferably, the reactions used in the process of the invention are chosen from coupling reactions, preferably chosen from;
o les réactions de couplage entre des dérivés bromés hétérocycliques ou non hétérocycliques avec des acides boroniques telle que la réaction de Suzuki ;the coupling reactions between heterocyclic or non-heterocyclic brominated derivatives with boronic acids such as the Suzuki reaction;
o la réaction de Heck ;o the Heck reaction;
o la réaction de Sonogashira ;o Sonogashira's reaction;
o les réactions de construction de polymères telles que les polycondensations, les réactions de réductions, notamment choisies parmi :o polymer construction reactions such as polycondensations, reduction reactions, in particular chosen from:
o la réaction de réduction d’une énone ;o the reduction reaction of an enone;
o la réaction de réduction d’un dérivé carbonylé ;o the reduction reaction of a carbonyl derivative;
- la réaction d’isomérisation d’une double liaison exocyclique ;- the isomerization reaction of an exocyclic double bond;
les réactions d’oxydation, de préférence choisies parmi l’oxydation d’alcools ;oxidation reactions, preferably selected from the oxidation of alcohols;
les réactions d’halogénation oxydantes ;oxidative halogenation reactions;
les réactions de substitution électrophiles, telles que réactions de nitration ou thiocyanation ;electrophilic substitution reactions, such as nitration or thiocyanation reactions;
les réactions de condensation, de préférence de condensation d’un carbanion sur un composé carbonylé (réaction de type Doebner-Knoevenagel) ;condensation reactions, preferably condensation reactions of a carbanion with a carbonyl compound (Doebner-Knoevenagel type reaction);
les réactions multi-composantes telles que la réaction de Biginelli ; et les réactions d’oxydation d’alcènes telles que l’époxydation et la coupure oxydante.multi-component reactions such as the Biginelli reaction; and alkene oxidation reactions such as epoxidation and oxidative cleavage.
L’invention a également pour objet l’utilisation telle que décrite ci-dessus ou le procédé tel que décrit ci-dessus comprenant la préparation comme catalyseur, d’une composition contenant un catalyseur métallique provenant, éventuellement après traitement acide, des cendres obtenues par traitement thermique d’un matériau d’origine végétale sous la forme d’une poudre insoluble dans l’eau en quantité suffisante pour fixer au moins 90%, 95% ou de préférence 100% du ou des métaux présents dans le milieu liquide à traiter riche en acides phénoliques, ayant fixé au moins un métal sous forme ionique choisi notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce), caractérisée en ce que les réactions de synthèse organique faisant intervenir ledit catalyseur sont choisies parmi :A subject of the invention is also the use as described above or the process as described above comprising the preparation, as catalyst, of a composition containing a metal catalyst originating, optionally after acid treatment, from the ashes obtained by heat treatment of a material of plant origin in the form of a powder insoluble in water in an amount sufficient to fix at least 90%, 95% or preferably 100% of the metal or metals present in the liquid medium to be treated rich in phenolic acids, having fixed at least one metal in ionic form chosen in particular from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper ( Cu), lead (Pb), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt ), lithium (Li), osmium (Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the l series anthanides in particular europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce), characterized in that the organic synthesis reactions involving said catalyst are chosen from:
les réactions d’oxydation les réactions de réduction les réactions de couplages croisés et d’homocouplages telles que les réactions de formation de liaisons carbone-carbone telles que la réaction de Suzuki, la réaction de Heck, la réaction de Sonogashira, les polymérisations, les polycondensations les réactions faisant intervenir une catalyse acide de Lewis choisies de préférence parmi les réactions de substitution électrophile aromatique (SEAr), les réactions péricycliques, les réactions multicomposantes, les réactions en cascade, les réactions d’addition, les réactions de transfonctionnalisation, les estérifications, les carboxylations, les halogénations, les nitrations, les thiocyanations, les réactions d’aldolisation ou crotonisation ou réactions apparentées, de préférence les réactions de Knoevenagel, les réactions de Perkin, les réactions de Claisen, les réactions de Tollens ou réactions de Thorpe-Ziegler.oxidation reactions reduction reactions cross-coupling and homocoupling reactions such as carbon-carbon bond formation reactions such as Suzuki reaction, Heck reaction, Sonogashira reaction, polymerizations, polycondensations reactions involving a Lewis acid catalysis preferably chosen from electrophilic aromatic substitution reactions (ARES), pericyclic reactions, multicomponent reactions, cascade reactions, addition reactions, transfunctionalization reactions, esterifications , carboxylations, halogenations, nitrations, thiocyanations, aldol or crotonization reactions or related reactions, preferably Knoevenagel reactions, Perkin reactions, Claisen reactions, Tollens reactions or Thorpe reactions - Ziegler.
les réactions en plusieurs étapes comprenant une réaction d’oxydation ou réduction suivie d’une catalyse acide de Lewis les réactions d’isomérisationmulti-step reactions comprising an oxidation or reduction reaction followed by Lewis acid catalysis isomerization reactions
Avantageusement, les réactions de synthèse organique peuvent être des réactions transformations fonctionnelles par catalyse choisies parmi les réactions d’oxydation telle que l’oxydation de Wacker-Tsuji, l’oxydation d’alcools, le couplage oxydant de composés aromatiques, de réduction telle que la réduction des oléfines et des composés nitrés et nitriles ou l’hydrosilylation d’oléfmes et d’alcynes, l’hydrogénation catalytique, de couplage croisés et d’homocouplages telles que les réactions de formation de liaisons carbone-carbone telles que la réaction de Suzuki, la réaction de Heck, la réaction de Sonogashira les réactions d addition nucléophile d’une énamine sur les complexes pi-allyliques, les réactions du type BuchwaldHartwig, les réactions de carbonylation et ène-réactions, les réactions régiosélectives entre un alcène et un dérivé aromatique, la cyclopropanation d’alcènes, les cycloadditions, la carbocylisation en cascade de composés polyinsaturés, l isoméiisation allylique, la cycloaddition, les ène-réactions, les cycloisomérisations, l’hydroboration, les réactions de polymérisation, les polycondensations, les synthèses de polymères insaturés et conjugués.Advantageously, the organic synthesis reactions can be functional transformation reactions by catalysis chosen from oxidation reactions such as the Wacker-Tsuji oxidation, the oxidation of alcohols, the oxidative coupling of aromatic compounds, reduction such as reduction of olefins and nitro and nitrile compounds or hydrosilylation of olefins and alkynes, catalytic hydrogenation, cross coupling and homocoupling such as carbon-carbon bonding reactions such as the carbon-carbon bonding reaction Suzuki, Heck's reaction, Sonogashira's reaction, reactions of nucleophilic addition of an enamine to pi-allylic complexes, reactions of the Buchwald-Hartwig type, carbonylation reactions and ene-reactions, regioselective reactions between an alkene and an alkene. aromatic derivative, cyclopropanation of alkenes, cycloadditions, cascade carbocylization of polyunsaturated compounds, allylic isomerization, cy cloaddition, ene reactions, cycloisomerizations, hydroboration, polymerization reactions, polycondensations, syntheses of unsaturated and conjugated polymers.
Encore plus préférentiellement, les réactions de synthèse organique sont choisies parmi les réactions suivantes: les réactions d’oxydation, les réactions de réduction, les réactions de couplages croisés et d’homocouplages,les réactions faisant intervenir une catalyse acide de Lewis choisies de préférence parmi les réactions de substitution électrophile aromatique (SEAr), les réactions péricycliques, les réactions multicomposantes, les réactions en cascade , les réactions d’addition, les halogénations, les réactions d’aldolisation ou crotonisation ou réactions apparentées telles que les réactions de condensation d’un aldéhyde sur un composé di-activé de type Knoevenagel, la réaction de Perkin, la réaction de Tollens, la réaction de Thorpe, la réaction de Claisen, ou la réaction de Mukaiyama; les réactions de combinaison oxydation ou réduction par catalyse acide de Lewis, les bromations, les protections telles que les tritylations chimiosélectives d’alcools et d’amines, les acylations, en particulier les acétylations d’alcools, de phénols, de thiols et d’amines, les silylations d’alcools, d’oximes, d’énolates, de phénols, d’amines et d’anilines, la formation d’imines ou d’amines, la déprotection de fonctions notamment la détritylation, les réarrangements concertés tels que les ene-réactions ou les cycloadditions, la transposition pinacolique ou de Beckmann, la réaction de Claisen-Schmidt la réaction de Mukaiyama ou les réactions de type Knoevenagel, les réactions de déshydratation ou de transfonctionnalisation telles que les réactions de transamination ou de transtritylation, les réactions de préparation de structures polyhétérocycliques telles que les porphyrinogènes ou les dithiénylpyrroles, les réactions multicomposantes telles que les réactions de synthèse de triazoles, les réactions de Hantzsch, les synthèses de pipéridines éventuellement substituées, les réactions biomimétiques et de transferts d’hydrure, encore plus préférentiellement parmi les réactions d’oxydation, les réactions de réduction, les réactions de couplages croisés et d’homocouplages, les réactions de substitution électrophile aromatique (SEAr), les réactions péricycliques, les réactions multicomposantes, les réactions en cascade , les réactions d’addition, les halogénations, les réactions d’aldolisation ou crotonisation ou réactions apparentées telles que les réactions de condensation d’un aldéhyde sur un composé di-activé de type Knoevenagel, la réaction de Perkin, la réaction de Tollens, la réaction de Thorpe, la réaction de Claisen, ou la réaction de Mukaiyama; les réactions de combinaison oxydation ou réduction, les reactions de substitution électrophile aromatique, la construction d’hétérocycles, la préparation et la protection de dérivés carbonylés, les oxydations radicalaires, les époxydations, les oxydations d’alcools situés en alpha d’un groupe aromatique hétérocyclique ou carbocyclique ou d une double liaison, la coupures oxydantes de polyols, l’oxydation de benzamines, la déshydrogénation aromatique oxydante de dérivés cycliques insaturés et/ou conjugués comportant éventuellement un hétéroatome, Fhalogénation directe de composés énolisables, la réaction de Hantzsch en catalyse acide de Lewis entre un aldéhyde, un compose beta-dicarbonylé et une source d’ammonium conduisant à la formation de dihydropyridines (DHP) , avantageusement parmi les réactions de réduction, les réactions de couplages croisés et d’homocouplages,les réactions faisant intervenir une catalyse acide de Lewis choisies de préférence parmi les réactions de substitution électrophile aromatique (SEAr), les réactions péricycliques, les réactions multicomposantes, les réactions en cascade, les réactions d addition, les halogénations, les réactions d’aldolisation ou crotonisation ou réactions apparentées telles que les réactions de condensation d’un aldéhyde sur un composé di-activé de type Knoevenagel, la réaction de Perkin, la réaction de Tollens, la réaction de Thorpe, la réaction de Claisen, ou la réaction de Mukaiyama; les réactions d’halogénation en particulier halogénation d’alcools primaires, secondaires et tertiaires (réaction de Lucas), les réactions électrophiles aromatiques en série, substitutions ou additions, les alkylations de Friedel-Crafts, de préférence la réaction entre le toluène et le chlorure de benzyle pour obtenir le 4- et le 2-méthyldiphenylméthane, les acylations de Friedel-Crafts de préférence la synthèse de la méthylacétophénone, les réactions multicomposants, en particulier la réaction de Biginelli conduisant à la synthèse des dihydropyrimidinones ou dihydrothiopyrimidinones, de préférence la 3,4-dihydropyrimidin2(lH)-one ou la 3,4-dihydropyrimidin-2(lH)-thione, et la réaction de Hantzsch utilisée de préférence pour préparer les dihydropyridines, la synthèse de la 5-ethoxycarbonyl-6-methyl-4isobutyl-3,4-dihydropyrimidin-2(lH)-one, la réaction entre le 3-hydroxybenzaldéhyde, le 3cétopentanoate d’éthyle et la thiourée pour obtenir le 6-méthy 1-4-(3-hydroxyphényl)-2-thioxo1,2,3,4-tetrahydro pyrimidine-5-carboxylate d’éthyle (monastrol), les réactions de cycloaddition, en particulier la réaction de Diels-Alder telle que la réaction du cyclopentadiène avec le diéthyl fumarate ou la réaction de la 3-butèn-2-one avec le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, les réactions de transestérification, de préférence la réaction du palmitate de méthyle et du butan-l-ol, la synthèse de complexes d’acides aminés ou d’oximes, de préférence des complexes Cu d oximes, l’hydrolyse catalysée des fonctions organosulfurées, en particulier les thiophosphates comme le parathion, les réactions de synthèse du catalyseur pour des réactions d’hydrogénation après réduction du Ni(II) en Ni(0), les réactions de réduction telles que la réduction du 1-phenyl 2nitroprène en 1-phenyl 2-aminopropane, les réactions de couplage comprenant les réactions de couplage croisé, en particulier la réaction de Suzuki pour synthétiser de préférence des composés diaryls tels que le 3-méthoxy-4’-méthylbiphényl, la réaction de Heck, et la réaction de Ullmann (notamment les substituions aromatiques nucléophiles telles que les N et O-arylations), la condensation de diamines sur des dérivés carbonylés, en particulier la synthèse de l-H-1,5benzodiazépines de préférence à partir de l’o-phenylènediamine et d’acétone, l’hydrolyse chimiosélective d‘esters méthyliques en chimie des peptides, en particulier la déprotection de groupements carbonylés sans clivage de Fmoc, de Fmoc-Gly-OMe et Fmoc-Gly-Phe-Pro-OMe, l’hydrolyse chimiosélective de l’ester méthylique 6,7-dideoxy-l,2 :3,4-di-O-isopropyldine-7-[(9fluorenylmethoxycarbonyl) amino]-D-glycero-a-D-galacto-octopyranuromc afin d’obtenir un acide aminé dérivé du galactose, la synthèse d’oligonucleotides protégés en 5’, la synthèse du 5’-GpppT6 et 5’-GpppRNAs, le couplage du phosphoro-imidazolidate T6 sur support solide avec GDP en particulier la synthèse du 5’-guanosyl triphosphate hexa-2’-deoxythymidylate (GpppT6), l’amination réductrice, de préférence la formation catalysée d’imines suivi de leur réduction in situ, la synthèse d’amines secondaires et d’anilines substitutées, la chloration d’alcènes telle que la chloration du dicyclopentadiène, les réactions d’halogénations aromatiques sans dihalogène, les réactions de nitration sans acide nitrique et sulfurique, les réactions de thiocyanation, la synthèse de bromo- et iodoanisole, les réactions successives ou en cascade telles que des réactions d’addition, de déshydratation, de cycloaddition, ou d éléctrocyclisation, la synthèse debtenzopyranes et cannabinoides ou dihydrocannabinoides et en particulier la condensation de diamines sur des dérivés carbonylés, aminations réductrices, Réactions d’halogénations aromatiques sans dihalogène, la réaction d Ullmann, réactions successives ou en cascade telles que des réactions d’addition, de déshydratation, de cycloaddition ou cyclisation, réactions de couplage croisés ou non telles que la réaction de Suzuki, réactions électrophiles aromatiques en série, substitutions ou additions, réactions multicomposants, en particulier la réaction de Biginelli.Even more preferably, the organic synthesis reactions are chosen from the following reactions: oxidation reactions, reduction reactions, cross-coupling and homocoupling reactions, reactions involving Lewis acid catalysis preferably chosen from electrophilic aromatic substitution reactions (ARES), pericyclic reactions, multicomponent reactions, cascade reactions, addition reactions, halogenations, aldol or crotonization reactions or related reactions such as condensation reactions of an aldehyde on a deactivated compound of the Knoevenagel type, the Perkin reaction, the Tollens reaction, the Thorpe reaction, the Claisen reaction, or the Mukaiyama reaction; combination reactions oxidation or reduction by Lewis acid catalysis, brominations, protections such as chemoselective tritylations of alcohols and amines, acylations, in particular acetylations of alcohols, phenols, thiols and amines, silylations of alcohols, oximes, enolates, phenols, amines and anilines, the formation of imines or amines, the deprotection of functions in particular detritylation, concerted rearrangements such as ene-reactions or cycloadditions, pinacolic or Beckmann transposition, the Claisen-Schmidt reaction, the Mukaiyama reaction or reactions of the Knoevenagel type, dehydration or transfunctionalization reactions such as transamination or transtritylation reactions, reactions for the preparation of polyheterocyclic structures such as porphyrinogens or dithienylpyrroles, multicomponent reactions such as triazole synthesis reactions, Hantzsch reactions, syntheses of optionally substituted piperidines, biomimetic reactions and hydride transfers, even more preferably among oxidation reactions, reduction reactions, cross-coupling and homocoupling reactions, reactions of electrophilic aromatic substitution (ARS), pericyclic reactions, multicomponent reactions, cascade reactions, addition reactions, halogenations, aldol or crotonization reactions or related reactions such as condensation reactions of an aldehyde on a deactivated compound of the Knoevenagel type, the Perkin reaction, the Tollens reaction, the Thorpe reaction, the Claisen reaction, or the Mukaiyama reaction; combination reactions oxidation or reduction, electrophilic aromatic substitution reactions, construction of heterocycles, preparation and protection of carbonyl derivatives, radical oxidation, epoxidation, oxidation of alcohols located in alpha of an aromatic group heterocyclic or carbocyclic or of a double bond, the oxidative cleavage of polyols, the oxidation of benzamines, the oxidative aromatic dehydrogenation of unsaturated and / or conjugated cyclic derivatives optionally comprising a heteroatom, the direct halogenation of enolizable compounds, the Hantzsch reaction in catalysis Lewis acid between an aldehyde, a beta-dicarbonyl compound and a source of ammonium leading to the formation of dihydropyridines (DHP), advantageously from reduction reactions, cross-coupling and homocoupling reactions, reactions involving a Lewis acid catalysis preferably chosen from substitution reactions aromatic electrophile (SEAr), pericyclic reactions, multicomponent reactions, cascade reactions, addition reactions, halogenations, aldol or crotonization reactions or related reactions such as condensation reactions of an aldehyde on a compound deactivated of the Knoevenagel type, the Perkin reaction, the Tollens reaction, the Thorpe reaction, the Claisen reaction, or the Mukaiyama reaction; halogenation reactions in particular halogenation of primary, secondary and tertiary alcohols (Lucas reaction), electrophilic aromatic reactions in series, substitutions or additions, Friedel-Crafts alkylations, preferably the reaction between toluene and chloride of benzyl to obtain 4- and 2-methyldiphenylmethane, Friedel-Crafts acylations preferably the synthesis of methylacetophenone, multicomponent reactions, in particular the Biginelli reaction leading to the synthesis of dihydropyrimidinones or dihydrothiopyrimidinones, preferably 3 , 4-dihydropyrimidin2 (lH) -one or 3,4-dihydropyrimidin-2 (lH) -thione, and the Hantzsch reaction preferably used to prepare dihydropyridines, the synthesis of 5-ethoxycarbonyl-6-methyl-4isobutyl -3,4-dihydropyrimidin-2 (1H) -one, the reaction between 3-hydroxybenzaldehyde, ethyl 3-ketopentanoate and thiourea to obtain 6-methyl 1-4- (3-hydroxyphenyl) -2-thioxo1, 2,3,4 ethyl tetrahydro pyrimidin-5-carboxylate (monastrol), cycloaddition reactions, in particular the Diels-Alder reaction such as the reaction of cyclopentadiene with diethyl fumarate or the reaction of 3-buten-2-one with 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, transesterification reactions, preferably reaction of methyl palmitate and butan-1-ol, synthesis of amino acid complexes or oximes, preferably Cu d oximes complexes, catalyzed hydrolysis of organosulfur functions, in particular thiophosphates such as parathion, catalyst synthesis reactions for hydrogenation reactions after reduction of Ni (II) to Ni (0), reduction reactions such as reduction of 1-phenyl 2nitroprene to 1-phenyl 2-aminopropane, coupling reactions including cross-coupling reactions, in particular Suzuki reaction to preferably synthesize diaryl compounds such as 3-methoxy-4 ' -methylbiphenyl, reac tion of Heck, and the reaction of Ullmann (in particular the nucleophilic aromatic substitutions such as N and O-arylations), the condensation of diamines on carbonyl derivatives, in particular the synthesis of 1H-1,5benzodiazepines preferably from l 'o-phenylenediamine and acetone, the chemoselective hydrolysis of methyl esters in peptide chemistry, in particular the deprotection of carbonyl groups without cleavage of Fmoc, of Fmoc-Gly-OMe and Fmoc-Gly-Phe-Pro-OMe , chemoselective hydrolysis of 6,7-dideoxy-1,2: 3,4-di-O-isopropyldine-7 - [(9fluorenylmethoxycarbonyl) amino] -D-glycero-aD-galacto-octopyranuromethyl ester to '' obtain an amino acid derived from galactose, the synthesis of oligonucleotides protected in 5 ', the synthesis of 5'-GpppT6 and 5'-GpppRNAs, the coupling of phosphoro-imidazolidate T6 on a solid support with GDP in particular the synthesis of 5 '-guanosyl triphosphate hexa-2'-deoxythymidylate (GpppT6), reductive amination, preferably the form catalyzed ation of imines followed by their reduction in situ, synthesis of secondary amines and substituted anilines, chlorination of alkenes such as chlorination of dicyclopentadiene, aromatic halogenation reactions without dihalogen, nitration reactions without nitric and sulfuric acid, thiocyanation reactions, synthesis of bromo- and iodoanisole, successive or cascade reactions such as addition, dehydration, cycloaddition, or electrocyclization reactions, synthesis of tenzopyranes and cannabinoids or dihydrocannabinoids and in particular the condensation of diamines on carbonyl derivatives, reducing aminations, reactions of aromatic halogenations without dihalogen, the Ullmann reaction, successive or cascade reactions such as reactions of addition, dehydration, cycloaddition or cyclization, reactions of cross coupling or not such as the Suzuki reaction, electrophilic aromatic reactions in s Erie, substitutions or additions, multicomponent reactions, in particular the Biginelli reaction.
L’invention a également pour objet un procédé de recyclage de catalyseurs métalliques, en particulier de catalyseurs métalliques comprenant au moins un métal sous forme ionique choisi notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce), ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes :A subject of the invention is also a process for recycling metal catalysts, in particular metal catalysts comprising at least one metal in ionic form chosen in particular from scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), iron. cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium (Os), mercury (Hg), arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series, in particular europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (Ce), said process being characterized by the following steps:
-un traitement d’un milieu réactionnel dans lequel une réaction chimique utilisant ledit catalyseur métallique soluble a été effectuée, par un matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques sous la forme d’une poudre insoluble dans l’eau en quantité suffisante pour fixer au moins 90%, 95% ou de préférence 100% du ou des métaux sous forme ionique présent(s) dans le milieu réactionnel à traiter, et-a treatment of a reaction medium in which a chemical reaction using said soluble metal catalyst has been carried out, with a material of plant origin rich in phenolic acids in the form of a powder insoluble in water in an amount sufficient to fix at least 90%, 95% or preferably 100% of the metal (s) in ionic form present in the reaction medium to be treated, and
- une filtration pour récupérer ledit matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques ayant fixé le métal ou les métaux sous forme ionique présent(s) dans le milieu réactionnel,- filtration to recover said material of plant origin rich in phenolic acids having fixed the metal or metals in ionic form present in the reaction medium,
- un traitement thermique dudit matériau d’origine végétale riche en acides phénoliques, ayant fixé le métal ou les métaux sous forme ionique pour obtenir des cendres constituant le catalyseur métallique recyclé comprenant au moins un métal sous forme ionique choisi notamment parmi le scandium (Sc), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn), le ruthénium (Ru), le palladium (Pd), le cadmium (Cd), l’iridium (Ir), le rhodium (Rh), le platine (Pt), le lithium (Li), l’osmium (Os), le mercure (Hg), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le chrome (Cr), l’aluminium (Al) ou un métal de la série des lanthanides notamment l’europium (Eu), l’ytterbium (Yb), le cérium (Ce).a heat treatment of said material of plant origin rich in phenolic acids, having fixed the metal or metals in ionic form to obtain ash constituting the recycled metal catalyst comprising at least one metal in ionic form chosen in particular from scandium (Sc) , manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), lead (Pb), zinc (Zn), ruthenium (Ru), palladium (Pd), cadmium (Cd), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), lithium (Li), osmium (Os), mercury (Hg), l 'arsenic (As), antimony (Sb), chromium (Cr), aluminum (Al) or a metal from the lanthanide series, in particular europium (Eu), ytterbium (Yb), cerium (This).
La valorisation des matériaux d’origine végétale ayant fixé au moins un métal offre au moins un avantage par rapport aux précédents mises en oeuvre de matériaux végétaux ayant fixés des cations métalliques pour obtenir des biocatalyseurs:The recovery of materials of plant origin having fixed at least one metal offers at least one advantage over previous applications of plant materials having fixed metal cations to obtain biocatalysts:
- les matériaux d’origine végétale ayant fixé au moins un métal de la présente invention permettent de mettre en œuvre des réactions de synthèse organique en présence desdits matériaux en phase homogène recyclables, alors que généralement, la catalyse homogène ne permet pas de séparer le catalyseur du milieu réactionnel, car le catalyseur est dans la même phase que les réactifs et les produits de la réaction catalysée. Grâce aux matériaux de l’invention, le catalyseur métallique est facilement récupérable par la mise en contact d’un matériau d’origine végétale sous la forme d’une poudre de déchets végétaux, par exemple provenant des racines de certaines plantes aquatiques (exemples : racines de jacinthes d’eau ou de laitues d’eau), des déchets végétaux riches en tannins (exemples : marcs de café et de thé) ou des déchets végétaux riches en lignine (paille de blé, pommes de pin, bourres de coco) avec le milieu réactionnel après catalyse pour récupérer le complexe métal/ matériau d’origine végétal riche en acides phénoliques isolubie par simple filtration et rinçage, ainsi les catalyseurs bio-sourcés en phase homogène de la présente invention sont recyclables.the materials of plant origin having fixed at least one metal of the present invention make it possible to carry out organic synthesis reactions in the presence of said materials in a recyclable homogeneous phase, while generally, homogeneous catalysis does not make it possible to separate the catalyst of the reaction medium, because the catalyst is in the same phase as the reactants and products of the catalyzed reaction. Thanks to the materials of the invention, the metal catalyst is easily recoverable by bringing a material of plant origin into contact in the form of a powder of plant waste, for example coming from the roots of certain aquatic plants (examples: roots of water hyacinth or water lettuce), vegetable waste rich in tannins (examples: coffee and tea grounds) or vegetable waste rich in lignin (wheat straw, pine cones, coconut husks) with the reaction medium after catalysis to recover the metal / plant material complex rich in phenolic acids isolated by simple filtration and rinsing, thus the homogeneous phase bio-sourced catalysts of the present invention are recyclable.
Par ailleurs, les performances des matériaux d’origine végétale ayant fixé au moins un métal de l’invention sont souvent supérieures à celles de leurs homologues commerciaux d’origine non végétale. En effet les matériaux de la présente invention ont une meilleure activité catalytique. Par exemple, le matériau selon l’invention comprenant au moins du palladium est actif à partir par de 0,001 mole%, de préférence de 0,0025 à 0,01mole% de palladium sous forme M(II).Furthermore, the performance of materials of plant origin having fixed at least one metal of the invention is often superior to that of their commercial counterparts of non-plant origin. In fact, the materials of the present invention have better catalytic activity. For example, the material according to the invention comprising at least palladium is active from 0.001 mole%, preferably 0.0025 to 0.01 mole% of palladium in M (II) form.
La présente invention permet de valoriser des matériaux d’origine végétale tout en fournissant un matériau catalyseur de réaction chimique.The present invention makes it possible to valorize materials of plant origin while providing a catalyst material for a chemical reaction.
La présente invention permet de valoriser des matériaux d’origine végétale tout en recyclant des métaux.The present invention makes it possible to recover materials of plant origin while recycling metals.
La présente invention permet de valoriser des matériaux d’origine végétale tout en dépolluant des effluents contenant un ou plusieurs métaux.The present invention makes it possible to enhance materials of plant origin while decontaminating effluents containing one or more metals.
L’invention va maintenant être décrite grâce aux exemples suivants, non limitatifs.The invention will now be described using the following non-limiting examples.
Exemple 1: Recyclage du palladium (Pd)Example 1: Recycling of palladium (Pd)
Exemple 1.1: Etude de la variation en Pd dans différentes quantités d’extraits racinaires séchées à l’air, broyés et tamisés sur un tamis d’ouverture de maille de 1,5 mm de jacinthes d’eau mises dans une solution comprenant 14 mg/L en Pd à pH = 2,5-3. La concentration en extrait racinaire (ER) a été variée de 1 g/L à 2 g/L, et la durée de la mise en contact de 30 min à 2 heures. Les extraits racinaires sont traités thermiquement à 550°C avant analyse. Les résultats sont présentés dans le tableau 2.Example 1.1: Study of the variation in Pd in different quantities of air-dried, ground and sieved root extracts on a sieve with a mesh size of 1.5 mm of water hyacinths placed in a solution comprising 14 mg / L in Pd at pH = 2.5-3. The concentration of root extract (ER) was varied from 1 g / L to 2 g / L, and the duration of the contact from 30 min to 2 hours. The root extracts are heat treated at 550 ° C. before analysis. The results are shown in Table 2.
Tableau 2 : Recyclage du palladiumTable 2: Recycling of palladium
Exemple 1.2: Etude de la quantité de Pd restante dans l’effluent après mise en contact avec différentes quantités d’extraits racinaires de jacinthes d’eau mises dans une solution à 14 mg/L en Pd, à un pH de 2,5-3 et avec un rapport biomasse /volume d’effluent de 0,2g/0,2L.Example 1.2: Study of the quantity of Pd remaining in the effluent after bringing into contact with different quantities of root extracts of water hyacinths placed in a solution of 14 mg / L in Pd, at a pH of 2.5- 3 and with a biomass / effluent volume ratio of 0.2g / 0.2L.
jacinthe d’eau.water hyacinth.
Les matériaux issus de racines de jacinthe d’eau permettent d’atteindre une décontamination totale des effluents.Materials from the roots of water hyacinth make it possible to achieve total decontamination of effluents.
Exemple 1.3 (comparatif) : Rhizofiltration à l’aide de racines de pieds vivants de jacinthe d eau (1.5 g) sur une solution de 200 ml à 14 mg/L de Pd et étude de la variation en éléments au cours du temps dans les extraits racinaires et dans la solutionExample 1.3 (comparative): Rhizofiltration using live roots of water hyacinth (1.5 g) on a solution of 200 ml at 14 mg / L of Pd and study of the variation in elements over time in the root extracts and in solution
Tableau 4 : RhizofiltrationTable 4: Rhizofiltration
Exemple 1.4: Comparaison de biosorption du Pd entre différentes parties de jacinthes d eau et différentes conditions opératoiresExample 1.4: Comparison of Pd biosorption between different parts of water hyacinths and different operating conditions
Le procédé est optimisé par l’utilisation de racines de jacinthe d eau déshydratées et en utilisant les extrémités des racines (sans tiges) comme les résultats du tableau ci-dessous le montrent (les 15 taux en éléments sont en mg/L pour l’effluent initial et en % massique pour le reste des résultats, le rapport biomasse/volume d’effluent est au minimum de 1 g/L):The process is optimized by using dehydrated water hyacinth roots and using the root ends (without stems) as the results in the table below show (the element rates are in mg / L for the initial effluent and in% by mass for the rest of the results, the biomass / volume of effluent ratio is at least 1 g / L):
Tableau 5 : Comparaison de biosorption du Pd entre différentes parties de jacinthes d’eau et différentes conditions opératoires, teneur en palladium.Table 5: Comparison of Pd biosorption between different parts of water hyacinths and different operating conditions, palladium content.
Exemple 1.5 : Comparaison de biosorption du Pd d’autres matériauxExample 1.5: Comparison of Pd biosorption of other materials
D’autres matériaux d’origine végétale riches en acides phénoliques (paille de blé) et la lignine ont été testés à des fins comparatives. Ces matériaux n’ont pas été fonctionnalisés. Les résultats obtenus sont montrés dans le tableau ci-dessous (les taux en éléments sont en mg/L pour l’effluent initial et en % massique pour le reste des résultats):Other plant materials rich in phenolic acids (wheat straw) and lignin were tested for comparison. These materials have not been functionalized. The results obtained are shown in the table below (the element rates are in mg / L for the initial effluent and in% by mass for the rest of the results):
Tableau 6 : Comparaison de biosorption du Pd d’autres matériaux d’origine végétaleTable 6: Comparison of Pd biosorption from other plant materials
Les pourcentages de Pd fixés sont inférieurs à ceux de la poudre de racines de jacinthe déshydratée. Toutefois, le traitement thermique adopté ne détruit pas totalement la lignine, à la 5 différence de la cellulose. La partie «activité catalytique» est le paramètre décisif permettant d’apprécier l’intérêt de ces matériaux d’origine végétale.The percentages of Pd fixed are lower than those of the dehydrated hyacinth root powder. However, the heat treatment adopted does not completely destroy lignin, unlike cellulose. The "catalytic activity" part is the decisive parameter for assessing the value of these materials of plant origin.
L’utilisation d’un matériau d’origine végétale de composition différente (tannin au lieu de polymères phénoliques) est une solution complémentaire. Elle conduit à des catalyseurs de composition plus classique à savoir monométalliques. Cette possibilité est illustrée avec le marc 10 de café.The use of a material of plant origin of different composition (tannin instead of phenolic polymers) is a complementary solution. It leads to catalysts of more conventional composition, namely monometallic. This possibility is illustrated with the coffee grounds.
Tableau 7 : Mise en contact de marc de café avec un effluentTable 7: Bringing coffee grounds into contact with an effluent
Le marc de café possède des propriétés chélatrices du Pd remarquables. Il est possible d’atteindre des taux très élevés de biosorption avec 5g/L de marc de café. Son traitement thermique conduit 15 à un catalyseur métallique où le Pd est l’élément très majoritaire. Sa composition métallique est différente de celle qui dérive des racines de plantes aquatiques et terrestres. Dans le cas des tanins comme le marc de café, le traitement thermique conduit à une destruction quasi-totale de la matière organique.Coffee grounds have remarkable Pd chelating properties. Very high rates of biosorption can be achieved with 5g / L of coffee grounds. Its heat treatment leads to a metal catalyst where Pd is the very predominant element. Its metallic composition is different from that which derives from the roots of aquatic and terrestrial plants. In the case of tannins such as coffee grounds, the heat treatment leads to almost total destruction of the organic matter.
Les résultats obtenus avec les poudres dérivées des pommes de pin et des racines de laitue d’eau sont spectaculaires : tout le Pd est extrait avec 1g de biomatériau, sans fonctionnalisation préalable (entrées 8 et 9 du tableau 6).The results obtained with the powders derived from pine cones and water lettuce roots are spectacular: all the Pd is extracted with 1 g of biomaterial, without prior functionalization (entries 8 and 9 of Table 6).
Exemple 2.1 : Recyclage du manganèse (Mn) et du fer (Fe)Example 2.1: Recycling of manganese (Mn) and iron (Fe)
Fe et Mn constituent les éléments métalliques de la chimie du futur. Le premier est très abondant, peu coûteux et non toxique. Ses propriétés catalytiques sont larges: oxydations, acides de Lewis et agents de couplage. Le Μη (II, III, IV) constitue un agent oxydant pouvant remplacer avantageusement les réactifs et catalyseurs mis en défaut par la réglementation REACH. Leur recyclage est rarement évoqué. Pourtant, le rejet d’effluents chargés en ces espèces métalliques constitue un problème environnemental. Par ailleuis, selon le PIPAME, les ressources connues et exploitables de Mn pourraient être épuisées dans environ 40 ans. Le recyclage est donc utile et nécessaire. Il ouvre également de nouvelles opportunités en synthèse comme en témoignent les exemples présentés.Fe and Mn constitute the metallic elements of the chemistry of the future. The first is very abundant, inexpensive and non-toxic. Its catalytic properties are broad: oxidations, Lewis acids and coupling agents. Μη (II, III, IV) constitutes an oxidizing agent which can advantageously replace the reagents and catalysts defective by the REACH regulation. Their recycling is rarely mentioned. However, the discharge of effluents loaded with these metallic species constitutes an environmental problem. Moreover, according to PIPAME, the known and exploitable resources of Mn could be exhausted in about 40 years. Recycling is therefore useful and necessary. It also opens up new opportunities in synthesis as evidenced by the examples presented.
La purification d’un effluent industriel est toujours beaucoup plus complexe et difficile que celle d’une solution synthétique de laboratoire.The purification of an industrial effluent is always much more complex and difficult than that of a synthetic laboratory solution.
Une étude sur les conditions de biosorption montre qu’il est possible d’extraire les deux éléments Fe et Mn, en ajustant la quantité de matériau d’origine végétale. Avec 20g/L de matériau d’origine végétale (poudre de racines de jacinthes), l’aluminium, le zinc et le nickel sont totalement adsorbés également.A study on the biosorption conditions shows that it is possible to extract the two elements Fe and Mn, by adjusting the amount of material of plant origin. With 20g / L of plant material (hyacinth root powder), aluminum, zinc and nickel are fully adsorbed as well.
contact avec un extrait racinaire de jacinthe d’eau.contact with a root extract of water hyacinth.
Un procédé avantageux permettant de réduire la quantité de biomasse est possible en neutralisant l’effluent industriel.An advantageous process for reducing the amount of biomass is possible by neutralizing the industrial effluent.
Mode opératoire de purification en colonne d’effluent industriel neutre :Neutral industrial effluent column purification procedure:
Un litre d’effluent industriel (caractérisé par un pH compris entre 2,5 et 3,5) a été neutralisé avec de la soude (NaOH 2M) jusqu’à pH neutre, puis a été passé par une colonne contenant un de la poudre de jacinthe d’eau non-fonctionnalisée. Après 1 passage à température ambiante (30 minutes), la poudre est séchée à 85 °C. Le résidu sec est calciné à 550°C, afin d’obtenir une poudre enrichie en métaux.A liter of industrial effluent (characterized by a pH between 2.5 and 3.5) was neutralized with sodium hydroxide (2M NaOH) to neutral pH, then was passed through a column containing one of the powder of non-functionalized water hyacinth. After 1 passage at room temperature (30 minutes), the powder is dried at 85 ° C. The dry residue is calcined at 550 ° C to obtain a powder enriched in metals.
Le débit n’influe que très peu sur les résultats. 20 l/h, 5 l/h et 2,5 l/h conduisent à des résultats similaires. De même, de très faibles de temps de résidence suffisent : 1 minute pour 50 mL d’effluent / 12g de biosorbant.The throughput has very little influence on the results. 20 l / h, 5 l / h and 2.5 l / h lead to similar results. Likewise, very low residence times are sufficient: 1 minute for 50 mL of effluent / 12g of biosorbent.
non-fonctionnaliséenon-functionalized
Les résultats montrent qu’Ai, Fe, Mn et Zn sont très fortement, voire totalement retenus par le matériau d’origine véfétal. Le taux de Mn est compatible avec les normes de rejet (0,5 mg/L), la somme Fe+Al, de Zn également (limites admises : Fe+Al =5 mg/L, Zn = 2 mg/L).The results show that Al, Fe, Mn and Zn are very strongly or even totally retained by the plant material. The level of Mn is compatible with the rejection standards (0.5 mg / L), the sum Fe + Al, of Zn also (accepted limits: Fe + Al = 5 mg / L, Zn = 2 mg / L).
Le tableau suivant indique la quantité de biomasse (poudre de jacinthe d’eau) nécessaire pour biosorber 100% de Mn en fonction de la concentration initiale de Mn dans l’effluent industriel.The following table indicates the amount of biomass (water hyacinth powder) required to biosorb 100% Mn depending on the initial concentration of Mn in the industrial effluent.
En conclusion, la poudre de racines de jacinthes utilisée dans les conditions décrites permet d’adsorber simultanément Fe, Al, Zn et Mn et de répondre aux normes de rejet dans l’environnement. (Mn = 0,5 mg/L).In conclusion, the hyacinth root powder used under the conditions described allows Fe, Al, Zn and Mn to be adsorbed simultaneously and meets environmental release standards. (Mn = 0.5 mg / L).
Le rejet d’effluents chargés en Mn et Fe constitue un problème environnemental.The discharge of effluents loaded with Mn and Fe constitutes an environmental problem.
Exemple 2.2. Recyclage du FerExample 2.2. Iron recycling
Des milieux industriels comprenant des teneurs importantes Fe et Mn ont été traités par des extraits racinaires de jacinthes d’eau déshydratées et broyées. Ces racines sont ensuite traitées thermiquement à 500°C. Une fois la minéralisation effectuée, les analyses sont réalisées en spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif, ou ICP-MS (en anglais : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). Avec Ig/L de biomasse, il est possible d’extraire plus de 95 % de fer. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous et illustrent la possibilité d’une extraction sélective du Fe en présence du Mn.Industrial environments comprising high Fe and Mn contents have been treated with root extracts of dehydrated and ground water hyacinths. These roots are then heat treated at 500 ° C. Once the mineralization has been carried out, the analyzes are carried out by inductively coupled plasma mass spectrometry, or ICP-MS (in English: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). With Ig / L of biomass, it is possible to extract more than 95% iron. The results are summarized in the table below and illustrate the possibility of selective extraction of Fe in the presence of Mn.
Tableau 10 : extraction sélective du Fe en présence du MnTable 10: Selective extraction of Fe in the presence of Mn
Concernant les extraits racinaires calcinés, l’accumulation de Mn est faible (0,23%). Pour le fer, la quantité est plus significative (5,58%), les proportions dans les cendres sont donc en cohérence avec la concentration très faible en métaux restant dans l’effluent (0,6%). La biosorption est donc très efficace. La quantité d’aluminium dans les cendres n’est pas négligeable (3,2% pour l’effluent concentré et 2,5% pour le non traité) car cet élément a des propriétés très intéressantes lorsqu’il se trouve sous la forme de chlorure d'aluminium (AlCfi). Il s'agit d'un acide de Lewis puissant qui possède de nombreuses applications dans l’industrie chimique notamment comme catalyseur pour les réactions de substitutions électrophiles aromatiques.Regarding calcined root extracts, the accumulation of Mn is low (0.23%). For iron, the quantity is more significant (5.58%), the proportions in the ash are therefore consistent with the very low concentration of metals remaining in the effluent (0.6%). The biosorption is therefore very efficient. The quantity of aluminum in the ashes is not negligible (3.2% for the concentrated effluent and 2.5% for the untreated) because this element has very interesting properties when it is in the form of aluminum chloride (AlCfi). It is a powerful Lewis acid which has many applications in the chemical industry, especially as a catalyst for electrophilic aromatic substitution reactions.
Une étude sur les conditions de biosorption montre qu’il est possible d’extraire les deux éléments Fe et Mn, en augmentant la durée de la biosorption ou la quantité de biomasse. Avec 20g/L de biomasse (poudre de racines de jacinthes), l’aluminium, le zinc et le nickel sont totalement adsorbés également.A study on the biosorption conditions shows that it is possible to extract the two elements Fe and Mn, increasing the duration of biosorption or the amount of biomass. With 20g / L of biomass (hyacinth root powder), aluminum, zinc and nickel are also totally adsorbed.
En conclusion, la poudre de racines de jacinthes utilisée dans les conditions décrites permet d’adsorber simultanément Fe, Al, Zn et Ni et Mn. Il est aussi possible de de biosorber de façon séquencée Fe, Al, Zn, Ni, puis Mn. Cet exemple montre que le Fe peut être extrait avant et sans le Mn si la quantité de matériau d’origine végétale est faible.In conclusion, the hyacinth root powder used under the conditions described allows Fe, Al, Zn and Ni and Mn to be adsorbed simultaneously. It is also possible to sequentially biosorb Fe, Al, Zn, Ni, then Mn. This example shows that Fe can be extracted before and without Mn if the amount of plant material is low.
Exemple 3 : Recyclage du NiExample 3: Recycling of Ni
Le biosorption a été effectuée sur un effluent comprenant du Nickel sous forme de NiSO4 (15 mg/L de Ni). L’absorption est effectuée avec la poudre de pomme de pin et la poudre de racine de laitue d’eau.The biosorption was carried out on an effluent comprising nickel in the form of NiSO4 (15 mg / L of Ni). Absorption is carried out with pine cone powder and water lettuce root powder.
Préparation de la poudre de pomme de pin : une pomme de pin est coupée grossièrement, puis lavée dans 100 mL de l’iPrOH. Au bout de 30 min, la pomme de pin est filtrée, séchée à température ambiante, broyée et tamisée sur le tamis avec les ouvertures de maille de 1,5 mm. La poudre obtenue est utilisée dans la biosorption.Preparation of the pine cone powder: a pine cone is roughly chopped, then washed in 100 mL of iPrOH. After 30 min, the pine cone is filtered, dried at room temperature, crushed and sieved on the sieve with the mesh openings of 1.5 mm. The powder obtained is used in biosorption.
Préparation de la poudre de laitue d’eau : Les racines de laitues sont séchées à l’air à température ambiante jusqu'à masse stable, puis broyées et tamisées avec un tamis dont les ouvertures de maille sont de 1,5 mm. La poudre obtenue est engagée directement dans l’extraction des métaux.Preparation of water lettuce powder: Lettuce roots are air-dried at room temperature to a stable mass, then crushed and sieved with a sieve with mesh openings of 1.5 mm. The powder obtained is used directly in the extraction of metals.
Mode opératoire : 1g de matériau d’origine végétal est ajouté à 1 litre d’une solution constituée de NiSO4 (15 mg/L de Ni). Le mélange est agité pendant 2 h puis filtré. Le solide est séché à 85 °C pendant une nuit. Le solide sec obtenu est ensuite traité thermiquement à 550 C pendant 6 h afin d’obtenir les cendres enrichies en métaux.Procedure: 1 g of material of plant origin is added to 1 liter of a solution consisting of NiSO 4 (15 mg / L of Ni). The mixture is stirred for 2 h then filtered. The solid is dried at 85 ° C. overnight. The dry solid obtained is then heat treated at 550 ° C. for 6 h in order to obtain the ash enriched in metals.
Exemple 4.1 : Dépollution d’une eau contaminée à l’arsenic laitue d’eau (B)Example 4.1: Depollution of water contaminated with arsenic water lettuce (B)
Une solution innovante de décontantination de l’eau polluée à l’arsemc est proposée. Elle repose sur une solution bio-inspirée. Le prineipe consiste à reconstituer l’affinité naturelle de l’arsemc pour les oxydes de Mn et Fe à partir des biomasses gorgées de ces éléments lors de la purification d’un effluent ayant décontaminé un effluent de carrière de pyrite. Les biomasses sont traitées thermiquement (550°C pendant 6h) avant utilisation.An innovative solution for decontanting water polluted with arsemc is proposed. It is based on a bio-inspired solution. The principle consists in reconstituting the natural affinity of arsemc for the oxides of Mn and Fe from the biomasses saturated with these elements during the purification of an effluent which has decontaminated a pyrite quarry effluent. The biomasses are heat treated (550 ° C. for 6 hours) before use.
Mode opératoire pour dépolluer des effluents de carrière de pyrite : Un matériau d’ongine végétale, par exemple de la poudre de jacinthe d’eau ou de la poudre de pommes de pin modifiées par estérification autocatalysée à l’acide succinique, est disposé dans une colonne. Un effluent industriel contenant du Mn (effluents des carrières de pyrite) est introduit dans cette colonne. L’effluent ayant été mis en contact avec le matériau d’origine végétale est récupéré dans un erlenmeyer. Cet effluent répond aux normes de rejet en Mn et Fe/Al. Le matériau d’origine végétal comprenant des oxydes mixtes (Fe, Mn, Al) est récupéré, séchés à 85°C et traité thermiquement à 550°C avant d’être utilisé en tant que filtre végétal.Procedure for decontaminating pyrite quarry effluents: A vegetable ungine material, for example powder of water hyacinth or powder of pine cones modified by autocatalysed esterification with succinic acid, is placed in a column. An industrial effluent containing Mn (effluents from pyrite quarries) is introduced into this column. The effluent which has been in contact with the material of plant origin is collected in an Erlenmeyer flask. This effluent meets the standards for discharge in Mn and Fe / Al. The plant material comprising mixed oxides (Fe, Mn, Al) is recovered, dried at 85 ° C and heat treated at 550 ° C before being used as a plant filter.
Mode opératoire pour dépolluer une eau comprenant de l’arsenic : Un filtre végétal issu de la purification de l’effluent d’une carrière de pyrite et ayant été traité thermiquement (550°C, 6h), est disposé dans une colonne, puis sont lavés à l’eau distillée. Une solution comprenant de l’arsenic est introduite dans cette colonne remplie du filtre végétal. L’eau ayant été mise en contact avec le filtre végétal est récupérée dans un erlenmeyer. La solution en sortie de colonne est récoltée et analysée en ICP-MS et répond aux normes de rejet en As.Procedure for decontaminating water comprising arsenic: A plant filter resulting from the purification of the effluent from a pyrite quarry and having been heat treated (550 ° C, 6h), is placed in a column, then are washed with distilled water. A solution comprising arsenic is introduced into this column filled with the vegetable filter. The water that has been in contact with the plant filter is collected in an Erlenmeyer flask. The solution at the column outlet is collected and analyzed in ICP-MS and meets the rejection standards in As.
La quantité de biomasse nécessaire pour obtenir 1 g de résidus solides enrichis en métaux .The quantity of biomass necessary to obtain 1 g of solid residues enriched in metals.
A) Cas A : 9,4 g de biomasseA) Case A: 9.4 g of biomass
servi à purifier deux effluents différents de carrière de pyrites A et_Bused to purify two different quarry effluents of pyrites A and_B
Les deux compositions diffèrent essentiellement par le % d’Al, voire de Ca. Les taux de Mn er Fe sont très proches. Rappelons que les 3 traitements décrits dans la littérature et utilisés en milieu naturel sont : AI2O3, Fe(O)OH, MnÛ2.The two compositions differ essentially in% Al, or even Ca. The levels of Mn and Fe are very similar. Remember that the 3 treatments described in the literature and used in the natural environment are: AI2O3, Fe (O) OH, MnO2.
poudres traitées thermiquement issues de la biomasse ayant servi à traiter les effluentsheat-treated powders derived from biomass used to treat effluents
Dans ce cas précis, l’adsorption de l’As est très sensible au débit. Plus le débit est lent, meilleure est la biosorption. Les cas A et B permettent de répondre aux normes de rejet dans l’environnement (0,05 mg/L), le cas A permet également de répondre aux normes de l’OMS en eau potable (0,01 mg/L).In this case, the adsorption of As is very sensitive to flow. The slower the flow, the better the biosorption. Cases A and B meet the environmental discharge standards (0.05 mg / L), case A also meets the WHO drinking water standards (0.01 mg / L).
Il est donc possible de valoriser directement un filtre végétal gorgé de Mn/Fe en un filtre purifiant d’une eau contaminée en As. Ces résultats sont inattendus, car le traitement thermique utilisé pour générer les cendres étant à 550°C, le manganèse présent peut être sous forme de Mnni, d’après Manganèse compounds, Ullmann Encyclopedia of industrial chemistry 7th Ed. Il ne s’agit pas de la forme connue pour adsorber l’As, Μηθ2· Les taux de Fe sont identiques et ne permettent pas d’expliquer ces résultats. Un % d’Al plus élevé diminue la performance d’adsorption de l’As, ce qui suggère que l’aluminium n’est pas sous forme d alumine, connue pour son activité d’adsorption d’As.It is therefore possible to directly upgrade a plant filter saturated with Mn / Fe as a filter purifying water contaminated with As. These results are unexpected, since the heat treatment used to generate the ash is at 550 ° C, the manganese present. may be in the form of Mn ni , according to Manganese compounds, Ullmann Encyclopedia of industrial chemistry 7th Ed. It is not the form known to adsorb As, Μηθ2 · The levels of Fe are identical and do not allow to explain these results. A higher% Al decreases the adsorption performance of As, suggesting that aluminum is not in the form of alumina, known for its As adsorption activity.
Compte-tenu de la composition polymétallique du matériau d’origine origine végétale, des oxydes mixtes peuvent expliquer un tel résultat. Des études DRX et absorption X ont permis de mettre en évidence la présence d’un oxyde mixte de calcium et de manganèse dans les Phyto-Mn traitées thermiquement : Ca2Mn30g. Ces résultats montrent que le passage par un matériau d’origine végétale ne conduit pas à une simple juxtaposition d’éléments métalliques, mais à un mélange complexe et différent des systèmes classiques.Given the polymetallic composition of the material of plant origin, mixed oxides may explain such a result. XRD and X absorption studies have demonstrated the presence of a mixed oxide of calcium and manganese in heat-treated Phyto-Mn: Ca2Mn30g. These results show that the passage through a material of plant origin does not lead to a simple juxtaposition of metallic elements, but to a complex mixture different from conventional systems.
Exemple 4.2. Dépollution d’une solution comprenant des phosphatesExample 4.2. Depollution of a solution comprising phosphates
Le même procédé que celui de l’exemple 4.1 est adaptable au phosphate : filtre végétal issu de la purification de l’effluent d’une carrière de pyrite et comprenant du Mn et du Fe et traité thermiquement à 550°C permet de concentrer 21 mg/L de monohydrogénophosphate disodique à partir d’une solution chargée à 25 mg/L.The same process as that of Example 4.1 is adaptable to phosphate: plant filter resulting from the purification of the effluent from a pyrite quarry and comprising Mn and Fe and heat treated at 550 ° C makes it possible to concentrate 21 mg / L disodium monohydrogenphosphate from a 25 mg / L loaded solution.
Exemple 5 : Recyclage du ZnExample 5: Zn recycling
Le zinc est un minéral indispensable dans de nombreuses applications. Les ressources mondiales en Zn exploitables pourraient être épuisées d'ici 17 ans (G. Pitron, La guerre des métaux rares. LLL 2018). Développer des procédés de recyclage constitue un enjeu d’actualité. Il est proposé de montrer comment les matériaux de structure riches en acides phénoliques peuvent résoudre ce problème clé. La démonstration est faite sur des effluents industriels correspondant à des cas réels, complexes, polymétalliques, et non des solutions synthétiques simples et reconstituées.Zinc is an essential mineral in many applications. The world's exploitable Zn resources could be exhausted within 17 years (G. Pitron, The war of rare metals. LLL 2018). Developing recycling processes is a topical issue. It is proposed to show how structural materials rich in phenolic acids can solve this key problem. The demonstration is made on industrial effluents corresponding to real, complex, polymetallic cases, and not simple and reconstituted synthetic solutions.
Mode opératoire de purification d’un effluent minier en batch :Batch mining effluent purification procedure:
Le matériau d’origine végétal est ajouté à 1 litre d’une solution générée par l’infiltration d’eau dans des galeries minières ayant exploité un minerai de zinc. Le mélange est agité pendant 2 h puis filtré. Le solide est séché à 85 °C pendant une nuit. Le solide sec obtenu est ensuite traité thermiquement à 550 °C pendant 6 h afin d’obtenir les cendres enrichies en métaux.The plant material is added to 1 liter of a solution generated by the infiltration of water into mining galleries that have exploited zinc ore. The mixture is stirred for 2 h then filtered. The solid is dried at 85 ° C. overnight. The dry solid obtained is then heat-treated at 550 ° C for 6 hours to obtain the ash enriched in metals.
Mode opératoire de purification du même effluent minier en colonne:Procedure for purification of the same mining effluent in a column:
Le matériau d’origine végétal est mis dans une colonne, lavé à l’eau pour l’humidifier. Ensuite, 1 litre d‘effluent est élué dans une colonne avec un débit de 3 1/h. Le mélange est agité pendant 2 h puis filtré. La solution purifiée est analysée par MP-AES. La biomasse est séchée à 85°C pendant une nuit, puis traitée thermiquement à 550 °C pendant 6 h afin d’obtenir les cendres enrichies en métaux.The plant material is put in a column, washed with water to moisten it. Then, 1 liter of effluent is eluted in a column with a flow rate of 3 1 / h. The mixture is stirred for 2 h then filtered. The purified solution is analyzed by MP-AES. The biomass is dried at 85 ° C overnight, then heat treated at 550 ° C for 6 hours to obtain the metal enriched ash.
Acides résiniques*** 5 3 * P RJ - poudre de racines de jacinthe ** P PP -poudre de pommes de pin *** Acides résiniques extraits à l'isopropanol à partir des pommes de pinResin acids *** 5 3 * P RJ - hyacinth root powder ** P PP - pine cone powder *** Resin acids extracted with isopropanol from pine cones
Tableau 15 : récapitulatif de la purification de l’effluent minier riche en Zn (12,5 mg/L) et en Fe (5 mg /L):Table 15: summary of the purification of the mining effluent rich in Zn (12.5 mg / L) and Fe (5 mg / L):
Avec 3 g de poudre de racines de jacinthes d’eau, on peut purifier l’effluent minier contenant du Zn à 12 mg/L. L’eau purifiée contient autour de 1 ppm de Zn ce qui est en-dessous des normes de rejet autorisées (2 mg/L). Les pommes de pin et les acides résiniques seuls sont très proches de la valeur limite acceptable. Leur intérêt est de retenir immédiatement le fer, qui n’est plus détecté après filtration. Les pommes de pin broyées peuvent donc servir de pré-filtre végétal.With 3 g of water hyacinth root powder, you can purify the mining effluent containing Zn at 12 mg / L. Purified water contains around 1 ppm Zn which is below the authorized discharge standards (2 mg / L). Pine cones and resin acids alone are very close to the acceptable limit value. Their advantage is to immediately retain iron, which is no longer detected after filtration. The crushed pine cones can therefore serve as a vegetable pre-filter.
Exemple 6 : Fonctionnalisation des matériaux d’origine végétale et biosorptionExample 6: Functionalization of materials of plant origin and biosorption
L’affinité des métaux de transition pour les biomatériaux phénoliques varie en fonction de la structure chimique du cation à complexer. Ainsi, par exemple, l’affinité du palladium (Pd) vis-àvis de la poudre de jacinthes, de la laitue d’eau et de la pomme de pin est exceptionnelle. La situation est très différente avec le ruthénium (Ru), de l’iridum ou le nickel (Ni). Ainsi, d’autres essais ont été réalisés après fonctionnalisation des biomatériaux, afin d’augmenter l’affinité de ce type de cations pour le matériau d’origine végétale (biosorbant). Cette démarche est innovante car elle conduit à valoriser des matières premières végétales communes de façon originale. L’exemple de la lignine est frappant : de nombreux travaux de recherche sont consacrés à la dépolymérisation de la lignine et la production de petites molécules aromatiques. L’objectif repose sur un nouveau type de valorisation de la lignine: son utilisation comme un éco-matériau support pour recycler des catalyseurs de synthèse organique et dépolluer des effluents.The affinity of transition metals for phenolic biomaterials varies depending on the chemical structure of the cation to be complexed. So, for example, the affinity of palladium (Pd) to powdered hyacinths, water lettuce and pine cones is exceptional. The situation is very different with ruthenium (Ru), iridum or nickel (Ni). Thus, other tests were carried out after functionalization of biomaterials, in order to increase the affinity of this type of cations for the material of plant origin (biosorbent). This approach is innovative because it leads to valuing common plant raw materials in an original way. The example of lignin is striking: much research is devoted to the depolymerization of lignin and the production of small aromatic molecules. The objective is based on a new type of lignin recovery: its use as an eco-support material for recycling organic synthesis catalysts and decontaminating effluents.
La fonctionnalisation des acides phénoliques naturels repose sur les principes de la chimie des phénols et des fonctions dérivées d’acide adaptés à celle des polymères.The functionalization of natural phenolic acids is based on the principles of the chemistry of phenols and of acid-derived functions adapted to that of polymers.
Un mode fonctionnalisation possible est décrit: il est basé sur une réaction de carboxylation des fonctions hydroxyles permettant d’introduire un lien ester fonctionnalisé ou non. Des exemples de la littérature décrivent l’enrichissement de matériaux d’origine végétale par l’utilisation de l’acide citrique. Le procédé décrit consiste à imprégner le matériau dans l’eau, chauffer à 60°c, puis à 100°C jusqu’à concentrer le milieu, puis chauffer à 120°C pour provoquer l’estérification des fonctions hydroxyliques du matériau via la formation intermédiaire de l’anhydride citrique (B. Zhu et al., J. Hazard. Mater. 153 (2008) 300-308). Le procédé souffre de plusieurs limites : l’élimination de l’eau est difficile et défavorable à la formation d’un anhydride; la décomposition de l’acide citrique a lieu à une température supérieure (l50°-l70°C : Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 20H, Volume 104, Issue 2, pp 731-73) et la formation de l’anhydride citrique est un produit minoritaire de la décomposition thermique de l acide citrique (Biomacromolecules 2007, 8, 3860-3870). Les procédés décrits ici s’affranchissent de ces limites en remplaçant l’eau par des solvants verts plus faciles à éliminer (alcools, idéalement l’acétate d’éthyle), en utilisant un anhydride carboxylique et permettant un haut degré de fonctionnalisation des matériaux d’origine végétale. La réaction est contrôlée, afin de limiter la formation de fractions solubles dans l’eau et sans intérêt pour dépolluer l’eau. Les anhydrides d’acides sont fonctionnalisés ou non. Ils peuvent être cyliques ou aliphatiques. Ils permettant d’introduire des fonctions acides carboxylique, sulfonique, phosphonique, esters carboxyliques, amides dans des conditions plus efficaces. Des réactions d estérifications directes par autocatalyse (sans passage par un anhydride intermédiaire) sont également possible, mais là encore l’eau est à éviter. Différents polyacides naturels sont possiblesA possible functionalization mode is described: it is based on a carboxylation reaction of hydroxyl functions making it possible to introduce a functionalized or non-functionalized ester link. Examples from the literature describe the enrichment of plant materials by the use of citric acid. The method described consists in impregnating the material in water, heating to 60 ° C, then to 100 ° C until the medium is concentrated, then heating to 120 ° C to cause the esterification of the hydroxyl functions of the material via the formation citric anhydride intermediate (B. Zhu et al., J. Hazard. Mater. 153 (2008) 300-308). The process suffers from several limitations: removal of water is difficult and unfavorable to the formation of anhydride; the decomposition of citric acid takes place at a higher temperature (150 ° -170 ° C: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 20H, Volume 104, Issue 2, pp 731-73) and the formation of citric anhydride is a minor product of the thermal decomposition of citric acid (Biomacromolecules 2007, 8, 3860-3870). The processes described here overcome these limitations by replacing water with green solvents that are easier to remove (alcohols, ideally ethyl acetate), by using a carboxylic anhydride and allowing a high degree of functionalization of the materials. 'vegetable origin. The reaction is controlled in order to limit the formation of water-soluble fractions of no interest in decontaminating the water. Acid anhydrides may or may not be functionalized. They can be cyclic or aliphatic. They make it possible to introduce carboxylic, sulphonic, phosphonic acid, carboxylic ester and amide functions under more efficient conditions. Direct esterification reactions by autocatalysis (without passage through an intermediate anhydride) are also possible, but here again water should be avoided. Different natural polyacids are possible
Les réactions d’estérification directe ont été réalisées par autocatalyse à l aide de polyacides, fonctionnalisés ou non et de préférence en milieu non aqueux. Les réactifs-catalyseuis les plus efficaces ont la formule générale suivante:The direct esterification reactions were carried out by autocatalysis using polyacids, functionalized or not and preferably in a non-aqueous medium. The most effective reactant-catalysts have the following general formula:
R pLjn .COOH HOOC^ /\ R,/Z R n = 0, l, 2 ; R=H, OH, NH2, alkyle, aryle, CH2SR’”, R’= H, COOH, COOR, CH2COOH, NHalkyle, NH-aryle, NAr2, NH2, OH, R” = H, OH, NH-alkyle, NH-aryle, NAr2, NH2.R pLjn .COOH HOOC ^ / \ R , / Z R n = 0.1, 2; R = H, OH, NH 2 , alkyl, aryl, CH 2 SR '”, R' = H, COOH, COOR, CH 2 COOH, NHalkyl, NH-aryl, NAr 2 , NH 2 , OH, R” = H , OH, NH-alkyl, NH-aryl, NAr 2 , NH 2 .
xx
K COOH HOOC^ cXÎr-i R'Z R n = 0, l, 2 ; X=O, NR (R=H, OH, alkyle, aryle), R’= H, COOH, COOR, CH2COOH, NH-alkyle, NH-aryle, NAr2, NH2, OH, R” = H, OH, NH-alkyle, NH-aryle, NAr2, NH2.K COOH HOOC ^ cXIR-i R ' Z R n = 0.1, 2; X = O, NR (R = H, OH, alkyl, aryl), R '= H, COOH, COOR, CH 2 COOH, NH-alkyl, NH-aryl, NAr 2 , NH 2 , OH, R ”= H , OH, NH-alkyl, NH-aryl, NAr 2 , NH 2 .
La fonctionnalisation du matériau végétal est également réalisée par des anhydrides d acides préalablement préparés ou générés in situ à une température supérieure ou égale à l50°C.The functionalization of the plant material is also carried out by acid anhydrides previously prepared or generated in situ at a temperature greater than or equal to 150 ° C.
η = 1, 2; R=H, OH, NH3 +, NR3+, alkyle, aryle, P(O)OR’2, S(O) OR’2, R’ H, OH, NH3 , NR3 , alkyle, aryle, P(O)OR’2, S(O) OR’2.η = 1, 2; R = H, OH, NH 3 + , NR3 + , alkyl, aryl, P (O) OR'2, S (O) OR ' 2 , R' H, OH, NH 3 , NR 3 , alkyl, aryl, P (O) OR ' 2 , S (O) OR' 2 .
n = 1, 2; R=H, OH, NH3 +, NR3+, alkyle, aryle, P(O)OR’2, S(O) OR’2, R’ H, OH, NH3 , NR3 , alkyle, aryle, P(O)OR’2, S(O) OR’2.n = 1, 2; R = H, OH, NH 3 + , NR3 + , alkyl, aryl, P (O) OR'2, S (O) OR ' 2 , R' H, OH, NH 3 , NR 3 , alkyl, aryl, P (O) OR ' 2 , S (O) OR' 2 .
n = 1, 2 ; X=O, NR’” (R”,=:H, OH, alkyle, aryle), R’- H, R” - H, OH.n = 1, 2; X = O, NR '”(R” , =: H, OH, alkyl, aryl), R'- H, R ”- H, OH.
Exemples 6.1: Carboxylation via un anhydride préalablement préparé : exemple de l’acide succiniqueExamples 6.1: Carboxylation via a previously prepared anhydride: example of succinic acid
3,2 g d’anhydride succinique sont solubilisés dans 34 mL d’acétate d’éthyle. Le mélange est porté au reflux jusqu’à la solubilisation complète d’anhydride, puis 5 g de biomasse sont ajoutés à la solution. La suspension est agitée au reflux pendant 1 heure. Le solvant est évapore sous pression réduite et le solide est abandonné à 120 °C pour 1 nuit. Après avoir refroidi à température ambiante, 50 mL d’eau distillée sont ajoutés au solide et agité pendant 15 mm. Le mélange est filtré et lavé plusieurs fois avec de l’eau distillée (200 mL d’eau distillée pour chaque lavage en agitant 15 min avant la filtration) jusqu’à pH neutre. Le solide est récupéré et séché à 85 °C pour 1 nuit. Ensuite, le matériau fonctionnalisé est mis en suspension dans 100 mL d’eau distillée et NaOH 2M est ajouté jusqu’à pH neutre. La solution est filtrée et lavée plusieurs fois à l’eau distillée jusqu’à l’obtention du filtrat incolore. Le solide est sèche vers 85 °C.3.2 g of succinic anhydride are dissolved in 34 mL of ethyl acetate. The mixture is brought to reflux until complete solubilization of the anhydride, then 5 g of biomass are added to the solution. The suspension is stirred at reflux for 1 hour. The solvent is evaporated off under reduced pressure and the solid is left at 120 ° C. for 1 night. After cooling to room temperature, 50 mL of distilled water is added to the solid and stirred for 15 mm. The mixture is filtered and washed several times with distilled water (200 mL of distilled water for each wash, stirring 15 min before filtration) until neutral pH. The solid is recovered and dried at 85 ° C. for 1 night. Then, the functionalized material is suspended in 100 mL of distilled water and 2M NaOH is added until neutral pH. The solution is filtered and washed several times with distilled water until the colorless filtrate is obtained. The solid is dry at around 85 ° C.
Exemples 6.2: Carboxylation par estérification directe et autocatalyse : exemple de l’acide citrique g de biomasse sont ajoutés dans un ballon avec 4 g d’acide citrique dans 20 mL d’éthanol anhydre. Le mélange est agité pendant 1 heure au reflux. Le solvant est évapore sous pression réduite et le solide est mis dans l’étuve à 120 °C pour 1 nuit. Après avoir refroidi à température ambiante, 50 mL d’eau distillée sont ajoutés au solide et agité pendant 15 mm. Le mélange est filtré et lavé plusieurs fois avec de l’eau distillée (200 mL d’eau distillée pour chaque lavage en agitant 15 min avant la filtration) jusqu’à pH neutre. Le solide est récupéré et mis dans l’étuve a 85 °C pour 1 nuit. Ensuite, la biomasse fonctionnalisée est mise en suspension dans 100 mL d’eau distillée et le NaOH 2M est ajouté jusqu’à pH neutre. La solution est filtrée et lavée plusieurs fois à l’eau distillée jusqu’à l’obtention du filtrat incolore. Le solide est mis dans l’étuve à 85 °C.Examples 6.2: Carboxylation by direct esterification and autocatalysis: example of citric acid g of biomass are added in a flask with 4 g of citric acid in 20 mL of anhydrous ethanol. The mixture is stirred for 1 hour at reflux. The solvent is evaporated off under reduced pressure and the solid is placed in an oven at 120 ° C for 1 night. After cooling to room temperature, 50 mL of distilled water is added to the solid and stirred for 15 mm. The mixture is filtered and washed several times with distilled water (200 mL of distilled water for each wash, stirring 15 min before filtration) until neutral pH. The solid is recovered and placed in an oven at 85 ° C for 1 night. Then, the functionalized biomass is suspended in 100 mL of distilled water and 2M NaOH is added until neutral pH. The solution is filtered and washed several times with distilled water until the colorless filtrate is obtained. The solid is placed in an oven at 85 ° C.
Exemples 6.3: Carboxylation par estérification directe et autocatalyse : exemple de l’acide glutarique g de biomasse sont ajoutés dans un ballon avec 3,2 g d’acide glutarique dans 20 mL d’acétate d’éthyle. Le mélange est agité pendant 1 heure au reflux. Le solvant est évaporé sous pression réduite et le solide est mis dans l’étuve à 120 °C pendant 8 h. Après avoir refroidi à température ambiante, 50 mL d’eau distillée sont ajoutés au solide et agité pendant 15 mm. Le mélange est filtré et lavé plusieurs fois avec de l’eau distillée (200 mL d’eau distillée pour chaque lavage en agitant 15 min avant la filtration) jusqu’à pH neutre. Le solide est récupéré et mis dans l’étuve à 85 °C pour 1 nuit. Ensuite, la biomasse fonctionnalisée est mise en suspension dans 100 mL d’eau distillée et le NaOH 2M est ajouté jusqu’à pH neutre. La solution est filtrée et lavée plusieurs fois à l’eau distillée jusqu’à l’obtention du filtrat incolore. Le solide est mis dans l’étuve à 85 °C.Examples 6.3: Carboxylation by direct esterification and autocatalysis: example of glutaric acid g of biomass are added to a flask with 3.2 g of glutaric acid in 20 mL of ethyl acetate. The mixture is stirred for 1 hour at reflux. The solvent is evaporated off under reduced pressure and the solid is placed in an oven at 120 ° C for 8 h. After cooling to room temperature, 50 mL of distilled water is added to the solid and stirred for 15 mm. The mixture is filtered and washed several times with distilled water (200 mL of distilled water for each wash, stirring 15 min before filtration) until neutral pH. The solid is recovered and placed in an oven at 85 ° C for 1 night. Then, the functionalized biomass is suspended in 100 mL of distilled water and 2M NaOH is added until neutral pH. The solution is filtered and washed several times with distilled water until the colorless filtrate is obtained. The solid is placed in an oven at 85 ° C.
Des exemples variés de carboxylation sont décrits dans le paragraphe suivant. Un traitement basique permet de générer les carboxylates et de renforcer le caractère complexant du biosorbant. Les diacides tels que les dérivés succiniques et glutariques sont intéressants, car le nombre de carbone limite la solubilisation des carboxylates dans l’eau. Le rendement est largement amélioré.Various examples of carboxylation are described in the following paragraph. A basic treatment makes it possible to generate the carboxylates and to reinforce the complexing nature of the biosorbent. Diacids such as succinic and glutaric derivatives are interesting because the carbon number limits the solubilization of carboxylates in water. The yield is greatly improved.
Exemples 6.4 : Carboxylation à l’aide du jus de citronExamples 6.4: Carboxylation using lemon juice
1g de marc de café lavé est ajouté à 25 mL de jus d’un citron fraîchement pressé. Le mélange réactionnel est chauffé graduellement jusqu’à 100°C et maintenue jusqu’à obtenir le solide sec. Le produit est séché à 120°C pendant une nuit. Ensuite, le solide est lavé plusieurs fois (jusqu’à pH = 6-7) avec de l’eau distillée. Après avoir bien lavé le biosorbant à l’eau, NaOH 2M est ajoutée jusqu’à pH = 7, le solide est filtré et lavé plusieurs fois (jusqu’à pH neutre) avec de l’eau. Le biosorbant fonctionnalisé est séché à 85°C pendant 12h, puis analysé en IR. Le taux de greffage est important, mais inférieur à celui obtenu par l’acide citrique isolé.1g of washed coffee grounds is added to 25 mL of freshly squeezed lemon juice. The reaction mixture is gradually heated to 100 ° C and held until the solid is dry. The product is dried at 120 ° C. overnight. Then the solid is washed several times (until pH = 6-7) with distilled water. After washing the biosorbent well with water, 2M NaOH is added until pH = 7, the solid is filtered off and washed several times (until neutral pH) with water. The functionalized biosorbent is dried at 85 ° C. for 12 h, then analyzed by IR. The grafting rate is high, but lower than that obtained by isolated citric acid.
Afin de déterminer le taux de la fonctionnalisation des matériaux fonctionnalisés, une titration des fonctions acides carboxyliques à l’aide d’une solution aqueuse de NaOH 2M a été réalisée. Toutes les données sont regroupées dans le tableau 16.In order to determine the rate of functionalization of the functionalized materials, a titration of the carboxylic acid functions using an aqueous solution of 2M NaOH was carried out. All the data are grouped together in Table 16.
La mesure des intensités des bandes est faite pour évaluer la nécessité ou non de fonctionnaliser 5 la biomasse. Un contrôle après fonctionnalisation conduit aux données suivantes :The measurement of the intensities of the bands is made to assess the need or not to functionalize the biomass. A check after functionalization leads to the following data:
Tableau 16 : Analyse IR des matériaux végétaux avant et après fonctionnalisationTable 16: IR analysis of plant materials before and after functionalization
Il faut noter que la fonctionnalisation se traduit également par la formation d’une bande C=O attribuée au groupe ester carboxylique forméIt should be noted that the functionalization also results in the formation of a C = O band attributed to the carboxylic ester group formed
Exemple 6.5 : Estérification à l’aide d’un alcool simpleExample 6.5: Esterification using simple alcohol
L’estérification des groupes COOH du biosorbant d’origine végétale peut être réalisée par un alcool aliphatique simple tel que le méthanol, l’éthanol.The esterification of the COOH groups of the biosorbent of plant origin can be carried out by a simple aliphatic alcohol such as methanol, ethanol.
De la poudre de racines de jacinthes (5 g) est mise en suspension dans le méthanol (250 mL), acidifié avec un acide tel que l’acide H2SO4 conc (1 mL). Le mélange réactionnel est chauffé au reflux pendant 12h, puis filtré à température ambiante. Le solide est lavé plusieurs fois avec de l’eau (jusqu’au pH neutre). Le biosorbant fonctionnalisé est séché à 85°C pendant 12h.Hyacinth root powder (5 g) is suspended in methanol (250 mL), acidified with an acid such as conc H2SO4 acid (1 mL). The reaction mixture is heated at reflux for 12 h, then filtered at room temperature. The solid is washed several times with water (until neutral pH). The functionalized biosorbent is dried at 85 ° C. for 12 h.
Exemple 6.6 : SaponificationExample 6.6: Saponification
Beaucoup de biosorbants riches en acide phénoliques possèdent des fonctions esters carboxyliques. Afin d’augmenter le nombre de fonctions acides carboxyliques, une hydrolyse contrôlée des fonctions esters est possible.Many biosorbents rich in phenolic acids have carboxylic ester functions. In order to increase the number of carboxylic acid functions, a controlled hydrolysis of the ester functions is possible.
Mode opératoireOperating mode
10g de poudre de pommes de pin sont mis en solution dans 60 mL de soude aqueuse 0,lM. La suspension est agitée pendant 4h à 80°C, puis refroidie à température ambiante, filtrée, lavée à l’eau jusqu’à retour à neutralité, et séchée à 85°C.10 g of pine cone powder are dissolved in 60 ml of 0.1M aqueous sodium hydroxide. The suspension is stirred for 4 hours at 80 ° C, then cooled to room temperature, filtered, washed with water until return to neutrality, and dried at 85 ° C.
Exemple 6.7. TransfonctionnalisationExample 6.7. Transfunctionalization
Certains biomatériaux phénoliques sont naturellement riches en fonction esters carboxyliques. Il s’agit par exemple du thé vert. Cette propriété peut être exploitée pour transestérifier ou transfonctionnaliser les groupes esters par des groupes esters ou amides polyfonctionnels dans le but de renforcer l’affinité des platinoïdes pour les biosorbants. Des amines, alcools, aminosulfonates, aminophosphonates et aminoalcools ont été étudiés.Certain phenolic biomaterials are naturally rich in carboxylic ester functions. This is, for example, green tea. This property can be exploited to transesterify or transfunctionalize ester groups with polyfunctional ester or amide groups in order to enhance the affinity of the platinoids for biosorbents. Amines, alcohols, aminosulfonates, aminophosphonates and aminoalcohols have been studied.
Exemple 6.7.LExample 6.7.L
De la poudre de thé vert préalablement lavée à l’eau chaude (1 g) est mise en suspension dans de l’éthanolamine à 110°C (10 mL). Le mélange réactionnel est chauffé au reflux pendant 6h, puis filtré à température ambiante. Le solide est lavé plusieurs fois avec de l’eau. Le biosorbant fonctionnalisé est séché à 85°C pendant 12h.Green tea powder washed beforehand with hot water (1 g) is suspended in ethanolamine at 110 ° C (10 mL). The reaction mixture is heated at reflux for 6 h, then filtered at room temperature. The solid is washed several times with water. The functionalized biosorbent is dried at 85 ° C. for 12 h.
Exemple 6.7.2.Example 6.7.2.
De la poudre de thé vert (1 g) préalablement lavée à l’eau chaude est mise en suspension dans le mélange fôrLbutanol et taurine (lg) à 110°C (35 mL). Le mélange réactionnel est chauffé au reflux pendant 6h, puis filtré à température ambiante. Le solide est lavé plusieurs fois avec de l’eau. Le biosorbant fonctionnalisé est séché à 85°C pendant 12h.Green tea powder (1 g) washed beforehand with hot water is suspended in the mixture of fôrLbutanol and taurine (1g) at 110 ° C (35 mL). The reaction mixture is heated at reflux for 6 h, then filtered at room temperature. The solid is washed several times with water. The functionalized biosorbent is dried at 85 ° C. for 12 h.
Exemple 6.7.3.Example 6.7.3.
De la poudre de thé vert (400 mg) préalablement lavée à l’eau chaude est mise en suspension dans la 2-dipicolylamine (4 mL) à 110°C (35 mL). Le mélange réactionnel est chauffé au reflux pendant 6h, puis filtré à température ambiante. Le solide est lavé plusieurs fois avec de 1 eau. Le biosorbant fonctionnalisé est séché à 85°C pendant 12h.Green tea powder (400 mg) washed beforehand with hot water is suspended in 2-dipicolylamine (4 mL) at 110 ° C (35 mL). The reaction mixture is heated at reflux for 6 h, then filtered at room temperature. The solid is washed several times with 1 water. The functionalized biosorbent is dried at 85 ° C. for 12 h.
Exemple 8. Recyclage du Pd avec la biomasse fonctionnaliséeExample 8. Recycling of Pd with functionalized biomass
Les fonctionnalisations décrites précédemment sont mises en œuvre pour optimiser le recyclage du Pd. Les différentes possibilités décrites ci-dessus sont directement comparées.The functionalizations described above are implemented to optimize the recycling of Pd. The different possibilities described above are directly compared.
Mode opératoire de la biosorption en batch :Batch biosorption procedure:
Dans une solution aqueuse contenant 14 ppm de Pd(II), on ajoute 1 g de biomasse et on laisse agiter pendant 2 heures. La biomasse est filtrée, séchée à 85°C pendant 12 h et calcinée à 550 C.In an aqueous solution containing 14 ppm of Pd (II), 1 g of biomass is added and the mixture is left to stir for 2 hours. The biomass is filtered, dried at 85 ° C for 12 h and calcined at 550 C.
A) Poudre de jacinthe fonctionnalisée par estérification autocatalysée à 1 acide citrique.A) Hyacinth powder functionalized by autocatalysed esterification with 1 citric acid.
B) Poudre de jacinthe fonctionnalisée par estérification autocatalysée à l’acide succinique.B) Hyacinth powder functionalized by autocatalysed esterification with succinic acid.
Le tableau suivant indique la concentration en palladium dans la solution aqueuse après mise en contact avec le matériau A ou B.The following table indicates the concentration of palladium in the aqueous solution after contacting with material A or B.
Tableau 17 : Concentration en Pd dans l’effluent après mise en contact avec le matériau A ou BL Table 17: Pd concentration in the effluent after coming into contact with material A or B L
La modification de la biomasse augmente la capacité de biosorption de palladium. Nous arrivons à extraire tout le palladium de la solution après fonctionnalisation. La carboxylation et l’estérification conduisent dans chaque cas à un recyclage total du Pd.The modification of the biomass increases the capacity of palladium biosorption. We manage to extract all the palladium from the solution after functionalization. The carboxylation and esterification lead in each case to a total recycling of the Pd.
Cette démarche peut être étendue à d’autres biomatériaux :This approach can be extended to other biomaterials:
A) Marc de café fonctionnalisé par estérification autocatalysée à l’acide citriqueA) Coffee grounds functionalized by autocatalysed esterification with citric acid
B) Marc de café fonctionnalisé par estérification autocatalysée à l’acide succiniqueB) Coffee grounds functionalized by autocatalysed esterification with succinic acid
Le tableau suivant indique la concentration dans la solution aqueuse après mise en contact avec le biosorbant A ou B.The following table indicates the concentration in the aqueous solution after contacting with biosorbent A or B.
Tableau 18 : Concentration en Pd dans l’effluent après mise en contact avec le matériau C ou D.Table 18: Pd concentration in the effluent after contact with material C or D.
La modification du marc de café par la réaction permet d’améliorer le recyclage du Pd (II). Il est plus que doublé dans chaque cas. Les fonctionnalisations par carboxylation (A, B) sont très efficaces. Dans les 2 cas décrits, l’extraction du Pd est totale.The modification of the coffee grounds by the reaction improves the recycling of Pd (II). It is more than doubled in each case. Functionalizations by carboxylation (A, B) are very effective. In the 2 cases described, the extraction of Pd is complete.
Les meilleurs résultats avec la biomasse fonctionnalisée ont été étudiés avec des concentrations de palladium plus élevées pour tester les limites du procédé :The best results with functionalized biomass were studied with higher palladium concentrations to test the limits of the process:
A) Biosorption du Pd en concentrations différentes avec l g de poudre de jacinthe fonctionnalisée par estérification autocatalysée à l’acide citrique/EtOH.A) Biosorption of Pd in different concentrations with 1 g of hyacinth powder functionalized by autocatalysed esterification with citric acid / EtOH.
autocatalysée à l’acide citrique/EtOHautocatalyzed with citric acid / EtOH
B) Biosorption du Pd en concentrations différentes avec l g de poudre de jacinthe estérifiée par l’alcool méthylique.B) Biosorption of Pd in different concentrations with 1 g of hyacinth powder esterified with methyl alcohol.
Tableau 20 : Bisorption du Pd avec de la poudre de jacinthe estérifiée par l’alcool méthyliqueTable 20: Bisorption of Pd with hyacinth powder esterified with methyl alcohol
L’extraction du palladium avec la biomasse estérifiée reste efficace. Nous pouvons accumuler 25 ppm de palladium dans ces conditions.The extraction of palladium with esterified biomass remains efficient. We can accumulate 25 ppm palladium under these conditions.
Pour pouvoir transposer les résultats à l’échelle industrielle, nous avons effectué l extraction en colonne (et non plus en batch) sur une solution de 40 mg/L de Pd avec l g de biomasse (poudre de jacinthe estérifiée à l’acide citrique) pour l litre d’effluent.In order to be able to transpose the results to an industrial scale, we performed column extraction (and no longer batch) on a solution of 40 mg / L of Pd with 1 g of biomass (hyacinth powder esterified with citric acid) per liter of effluent.
Mode opératoire de la biosorption en colonne :Column biosorption procedure:
g de biomasse (poudre de jacinthe fonctionnalisée par l’acide citrique est mis dans la colonne.g of biomass (hyacinth powder functionalized with citric acid is placed in the column.
L’effluent synthétique (1 L) contenant 40 mg de Pd est passé trois fois dans la colonne. Le temps de passage de 1 L de solution est de 35 min.The synthetic effluent (1 L) containing 40 mg of Pd is passed through the column three times. The passage time of 1 L of solution is 35 min.
Tableau 21 : Biosorption du Pd avec la poudre de jacinthe fonctionnalisée avec 1 acide citriqueTable 21: Biosorption of Pd with hyacinth powder functionalized with 1 citric acid
La complexation du palladium est remarquable. On fixe 41 ppm de Pd, soit 100% de métal, sur le matériau d’origine végétale après le premier passage. Nous pouvons constater qu un seul passage est suffisant pour absorber tout le palladium qui n’est pas désorbé après un deuxième et même après un troisième passage.The complexation of palladium is remarkable. 41 ppm Pd, or 100% metal, is fixed on the plant material after the first pass. We can see that a single pass is sufficient to absorb all the palladium that is not desorbed after a second and even after a third pass.
Exemple 9.Example 9.
Ru, Ir, Ni sont naturellement présents dans un minerai riche en Pd. Savoir absorber sélectivement le Pd en présence de ces autres éléments peut être très utile. Les acides phénoliques fonctionnalisés permettent d’obtenir de très bons rendements globaux sur un mélange Pd, Ru, Ir.Ru, Ir, Ni are naturally present in an ore rich in Pd. Knowing how to selectively absorb Pd in the presence of these other elements can be very useful. Functionalized phenolic acids make it possible to obtain very good overall yields on a Pd, Ru, Ir mixture.
Tableau 22 : Dépollution de Pd, Ru et IrTable 22: Depollution of Pd, Ru and Ir
Exemple 10. Recyclage du NiExample 10. Recycling of Ni
La biosorption du Ni est un cas intéressant et utile. De plus, la toxicité du Ni implique une 5 extraction totale, si l’on souhaite être en accord avec les normes de l’OMS relatives à la qualité de l’eau potable ou aux normes de rejet, elles-mêmes très exigeantes pour cet élément. C’est pourquoi la fonctionnalisation des biosorbants a été étudiée.The biosorption of Ni is an interesting and useful case. In addition, the toxicity of Ni implies a total extraction, if one wishes to be in accordance with the WHO standards relating to the quality of drinking water or the discharge standards, themselves very demanding for this. element. This is why the functionalization of biosorbents has been studied.
L’absorption est effectuée avec différents biosorbants (marc de café, poudre de racine de jacinthe, poudre de racine de laitue d’eau, poudre de pommes de pin, algues vertes à des fins 10 comparatives) fonctionnalisés chimiquement.Absorption is carried out with different biosorbents (coffee grounds, hyacinth root powder, water lettuce root powder, pine cone powder, green algae for comparison) chemically functionalized.
Mode opératoire de la biosorption de Ni en batch :Batch Ni biosorption procedure:
g de biosorbant fonctionnalisé est ajouté à la solution de NiSO4*6H2O (0,063 g/L). Le mélange est agité pendant 2 h puis filtré. Le solide est séché à 85 °C pendant une nuit. Le solide sec 15 obtenu est ensuite traité thermiquement à 550 °C pendant 6 h afin d’obtenir les cendres enrichies en nickel.g of functionalized biosorbent is added to the solution of NiSO4 * 6H2O (0.063 g / L). The mixture is stirred for 2 h then filtered. The solid is dried at 85 ° C. overnight. The resulting dry solid is then heat treated at 550 ° C for 6 hours to obtain nickel enriched ash.
A) Marc de café fonctionnalisé par estérification autocatalysée à l’acide citrique (forme COONa)A) Coffee grounds functionalized by autocatalysed esterification with citric acid (COONa form)
B) Poudre de racine de jacinthe fonctionnalisée par estérification autocatalysée à 1 acide 20 citrique (forme -COONa)B) Hyacinth root powder functionalized by self-catalyzed esterification with 1 citric acid (-COONa form)
C) Algues vertes non-fonctionnaliséesC) Non-functionalized green algae
Tableau 23 : Concentration en Ni dans l’effluentTable 23: Ni concentration in the effluent
La fonctionnalisation de la biomasse conduit à la formation d’un biosorbant efficace pour 25 éliminer les traces de Ni dans la solution si on introduit de nouveaux groupes carboxyliques, en particulier sous forme COONa. A titre comparatif, nous avons effectué 1 extraction avec les algues vertes. Ce biomatériau est choisi car il est riche en acide alginique qui, est connu pour bien complexer le nickel grâce au groupement carboxylique et peut être comparé avec les biosorbants fonctionnalisés à l’acide citrique. Par contre, nous observons l’efficacité moyenne des algues due à la solubilité des acides alginiques dans l’eau ce qui provoque le passage du complexe dans le filtrat. De plus, le mélange est difficile à filtrer. Ce résultat montre l’intérêt des 5 acides phénoliques dont les groupements carboxylates induisent un fort pouvoir complexant à pH neutre et la structure carbonée rend les matériaux solides insolubles dans l’eau.The functionalization of the biomass leads to the formation of a biosorbent effective to remove traces of Ni in the solution if new carboxylic groups are introduced, in particular in the COONa form. For comparison, we performed 1 extraction with green algae. This biomaterial is chosen because it is rich in alginic acid which is known to complex nickel well thanks to the carboxylic group and can be compared with biosorbents functionalized with citric acid. On the other hand, we observe the average efficiency of algae due to the solubility of alginic acids in water, which causes the complex to pass through the filtrate. In addition, the mixture is difficult to filter. This result shows the interest of 5 phenolic acids whose carboxylate groups induce a strong complexing power at neutral pH and the carbon structure makes the solid materials insoluble in water.
Etude des différents paramètres de biosorption du NiStudy of the different Ni biosorption parameters
Nous avons étudié la quantité maximale de Ni qui peut être extraite par les différents biosorbants en fonction de leur mode de fonctionnalisation.We have studied the maximum amount of Ni that can be extracted by the different biosorbents according to their mode of functionalization.
Tableau 24 : Etude des différents paramètres de biosorption du NiTable 24: Study of the various Ni biosorption parameters
Cinq paramètres importants sont mis en évidence : la forme carboxylate et non carboxylique, un pH neutre de biosorption, les agents et conditions de fonctionnalisation, la nature des 5 écomatériaux.Les biosorbants riches en carboxylate sodique sont très efficaces et peuvent biosorbés jusqu’à 55 mg de Ni par Ig de biosorbant (cas de la poudre de jacinthe estérifiée à l’acide citritique en milieu éthanolique).Five important parameters are highlighted: the carboxylate and non-carboxylic form, a neutral biosorption pH, the agents and conditions of functionalization, the nature of the 5 ecomaterials. Biosorbents rich in sodium carboxylate are very effective and can biosorb up to 55 mg of Ni per Ig of biosorbent (case of hyacinth powder esterified with citritic acid in an ethanolic medium).
Contrairement aux travaux décrits dans la littérature (B. Zhu et al., J. Hazard. Mater. 153 (2008) 300-308), la carboxylation à l’acide citrique ne passe pas par la formation d’un anhydride 10 intermédiaire et n’est pas une réaction d’oxydation (Leyva-Ramos et al., Sep. Purif. Tech. 45 (2005) 41-49). Une préparation préalable de cet anhydride conduit à un taux de fonctionnalisation tellement important, que le squelette carboné fonctionnalisé devient soluble dans l’eau pendant la biosorption.Contrary to the work described in the literature (B. Zhu et al., J. Hazard. Mater. 153 (2008) 300-308), carboxylation with citric acid does not involve the formation of an intermediate anhydride and is not an oxidation reaction (Leyva-Ramos et al., Sep. Purif. Tech. 45 (2005) 41-49). Prior preparation of this anhydride results in such a high degree of functionalization that the functionalized carbon skeleton becomes soluble in water during biosorption.
En revanche, une réaction d’estérification autocatalysée, sans eau, par un polyacide carboxylique 15 dont la première acidité possède un pKa égal ou inférieur à 4, ou l’utilisation d’un anhydride moins riche en motif carboxylique en milieu non protique sont performantes. La fonctionnalisation par les anhydrides succinique, maléique, phtalique, diclohexane dicarboxylique, dans l’acétate d’éthyle conduit à des résultats très proches sur les trois types de biomasse étudiée : poudre de jacinthe, marc de café et pommes et écorces de pinOn the other hand, an autocatalyzed esterification reaction, without water, with a polycarboxylic acid whose first acidity has a pKa equal to or less than 4, or the use of an anhydride less rich in carboxylic units in a non-protic medium are effective. . Functionalization with succinic, maleic, phthalic and dicarboxylic diclohexane anhydrides in ethyl acetate leads to very similar results on the three types of biomass studied: hyacinth powder, coffee grounds and apples and pine bark
Pour prouver la généralité du procédé d’extraction du nickel, nous avons effectué la biosorption en colonne remplie de biomasse, et non plus en batch.To prove the generality of the nickel extraction process, we performed the biosorption in a column filled with biomass, and no longer in a batch.
Exemple IL Extraction du Ni avec la poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique par un procédé de type colonneExample IL Extraction of Ni with hyacinth powder functionalized with citric acid by a column-type process
Mode opératoire de la biosorption en colonne :Column biosorption procedure:
g de biomasse (poudre de jacinthe fonctionnalisée à l’acide citrique) est mis dans la colonne. L’effluent synthétique (10 L) contenant 40 mg/L de Ni est passé deux fois dans la colonne. Le temps de passage de 10 L de solution est de 45 min.g of biomass (hyacinth powder functionalized with citric acid) is placed in the column. The synthetic effluent (10 L) containing 40 mg / L of Ni is passed through the column twice. The passage time of 10 L of solution is 45 min.
La concentration initiale en Ni dans l’effluent est de 40 mg/L, après un passage elle est de 2 mg/L.The initial Ni concentration in the effluent is 40 mg / L, after one passage it is 2 mg / L.
La complexation est toujours efficace, on fixe 38 mg de Ni sur la biomasse. Un seul passage est suffisant pour absorber 95% de Ni.Complexation is always effective, 38 mg of Ni are fixed on the biomass. A single pass is sufficient to absorb 95% of Ni.
Exemple 12. Biosorption du ManganèseExample 12. Biosorption of Manganese
Les dérivés végétaux riches en acides phénoliques sont de bons biosorbants du Mn s ils sont fonctionnalisés de façon adéquate. Ils peuvent être à nouveau valorisés en chimie de synthèse, notamment dans des réactions d’oxydation.Plant derivatives rich in phenolic acids are good Mn biosorbents if they are suitably functionalized. They can be used again in synthetic chemistry, especially in oxidation reactions.
Exemple 12.1 Solution synthétiqueExample 12.1 Synthetic solution
Mode opératoire de la biosorption de MnSO^ :MnSO ^ biosorption procedure:
g de poudre de racine de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique est ajouté à 1 L de solution du MnSO4 (24 mg/L, à pH neutre). Le mélange est agité pendant 2 h puis filtré. Le solide est séché dans l’étuve à 85 °C pendant une nuit. Le solide sec obtenu est ensuite traité thermiquement à 550 °C pendant 6 h afin d’obtenir les cendres enrichies en manganèse.g of hyacinth root powder functionalized with citric acid is added to 1 L of MnSO 4 solution (24 mg / L, at neutral pH). The mixture is stirred for 2 h then filtered. The solid is dried in an oven at 85 ° C. overnight. The dry solid obtained is then heat treated at 550 ° C. for 6 h in order to obtain the ash enriched in manganese.
Tableau 25 : Concentration en MnTable 25: Mn concentration
Le biosorbant fonctionnalisé est très efficace pour purifier les effluents chargés en manganèse. Grâce à ce procédé nous obtenons les taux de manganèse inférieurs à ceux fixés par la réglementation.The functionalized biosorbent is very effective in purifying manganese-laden effluents. Thanks to this process, we obtain manganese levels lower than those set by the regulations.
Pour vérifier l’intérêt général de ce résultat, il a été mis en œuvre à partir d effluents industriels résultant de l’extraction de la pyrite, c’est-à-dire sur avec des milieux acides, riches en Mn, mais de composition polymétallique.To verify the general interest of this result, it was implemented from industrial effluents resulting from the extraction of pyrite, that is to say on with acidic media, rich in Mn, but of composition polymetallic.
Exemple 12.2 Effluent industrielExample 12.2 Industrial effluent
1g de matériau d’origine végétale a été utilisé pour IL d’effluent en utilisant deux procédés : en batch et en colonne. Les résultats sont tout aussi efficaces malgré la composition plurimétallique du milieu.1g of plant material was used for IL effluent using two processes: batch and column. The results are just as effective despite the plurimetallic composition of the medium.
Exemple 24. Purification de l’effluent industriel neutre avec la biomasse fonctionnalisée (poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l'acide citrique/EtOH)Example 24. Purification of the neutral industrial effluent with functionalized biomass (hyacinth powder functionalized with citric acid / EtOH)
Un litre d’effluent industriel (pH = 2,5-3,5) est neutralisé avec la soude (NaOH 2M) jusqu’à pH neutre, puis il est élué sur une colonne contenant 1 g de biomasse fonctionnalisée (poudre de racine de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique). Après 1 passage à température ambiante (30 minutes), la poudre est séchée à 85 °C. Le résidu sec est calciné à 550°C, afin d’obtenir une poudre enrichie en métaux.One liter of industrial effluent (pH = 2.5-3.5) is neutralized with sodium hydroxide (2M NaOH) to neutral pH, then it is eluted on a column containing 1 g of functionalized biomass (root powder of hyacinth functionalized with citric acid). After 1 passage at room temperature (30 minutes), the powder is dried at 85 ° C. The dry residue is calcined at 550 ° C to obtain a powder enriched in metals.
Nous observons une dépollution partielle de l’effluent avec 1 g de biomasse par litre, car tous les éléments métalliques sont biosorbés. Pour obtenir la purification complète de l’effluent, 8g de biosorbant fonctionnalisé (poudre de racine de jacinthe fonctionnalisée par estérification autocatalysée à l’acide citrique par litre d’effluent industriel doivent être utilisés.We observe a partial depollution of the effluent with 1 g of biomass per liter, because all the metallic elements are biosorbed. To obtain complete purification of the effluent, 8g of functionalized biosorbent (powder of hyacinth root functionalized by self-catalyzed esterification with citric acid per liter of industrial effluent should be used.
Tableau 26 : purification des effluents industriels issus de la carrière de pyriteTable 26: purification of industrial effluents from the pyrite quarry
La purification de l’effluent est très efficace. Il reste moins de 1 ppm de Fe, Al et Mn après le premier passage sur la colonne. Nous pouvons constater qu un passage est suffisant pour purifier efficacement l’effluent industriel. A la différence des matériaux non fonctionnalisés, tous les éléments métalliques sont retenus (Al, Fe, Ni, Zn, Mn) mais aussi Ca et Mg. Ce résultat est généralisable aux différents types de matériaux fonctionnalisés.The purification of the effluent is very efficient. Less than 1 ppm of Fe, Al and Mn remains after the first pass through the column. We can see that one pass is sufficient to effectively purify the industrial effluent. Unlike non-functionalized materials, all metallic elements are retained (Al, Fe, Ni, Zn, Mn) but also Ca and Mg. This result can be generalized to the different types of functionalized materials.
Il peut aussi être optimisé facilement en utilisant 2g de biomasse par litre d’effluent à traiter.It can also be easily optimized by using 2g of biomass per liter of effluent to be treated.
Tableau 27 : Purification de l’effluent industriel neutre avec la biomasse fonctionnalisée (poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique)Table 27: Purification of neutral industrial effluent with functionalized biomass (hyacinth powder functionalized with citric acid)
Exemple 13. Recyclage des terres raresExample 13. Recycling of rare earths
L’importance croissante et l’accès à la ressource constituent des problèmes géoéconomiques délicats. L’étude de techniques de recyclage simples et efficaces est évidente pour des terres rares diverses : Sc, Ce, Yb, Eu...The growing importance of and access to the resource are difficult geo-economic issues. The study of simple and effective recycling techniques is evident for various rare earths: Sc, Ce, Yb, Eu ...
Exemple 13.1. Extraction du scandium avec la poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l'acide citriqueExample 13.1. Extraction of scandium with hyacinth powder functionalized with citric acid
Le Sc(NO3)3 hydraté (0,072g) est solubilisé dans 1 L d’eau. Il est très faiblement retenu par les biosorbants tels que les racines de jacinthe d’eau. En revanche, les capacités de biosorbant du Sc sont améliorées après fonctionnalisation. La concentration initiale en Sc dans l’effluent est de 26 ppm, après l’extraction, elle est de 5 ppm.The hydrated Sc (NO 3 ) 3 (0.072g) is dissolved in 1 L of water. It is very weakly retained by biosorbents such as the roots of water hyacinth. On the other hand, the biosorbent capacities of Sc are improved after functionalization. The initial Sc concentration in the effluent is 26 ppm, after extraction it is 5 ppm.
La carboxylation du biomatériau premet d’obtenir une capacité d’adsorption de 21 mg/L à partir d’une concetration intiale de 26 mg/L.The carboxylation of the biomaterial allows an adsorption capacity of 21 mg / L to be obtained from an initial concentration of 26 mg / L.
Exemple 13.2. Extraction du scandium en présence d’excès de Ni avec la poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citriqueExample 13.2. Extraction of scandium in the presence of excess Ni with hyacinth powder functionalized with citric acid
Le scandium est souvent extrait à partir d’autres minerais dont il faut le séparer. Il s agit par exemple du Ni.Scandium is often mined from other ores that must be separated. It is for example Ni.
- Procédé batch- Batch process
Pour étudier la capacité de la biomasse fonctionnalisée avec l’acide citrique pour retenir sélectivement le scandium par rapport au nickel, nous avons préparé un effluent synthétique avec des concentrations de Sc = 25 mg/L et de Ni = 72 mg/L. la séparation est effectuée en batch.To study the ability of biomass functionalized with citric acid to selectively retain scandium over nickel, we prepared a synthetic effluent with concentrations of Sc = 25 mg / L and Ni = 72 mg / L. the separation is carried out in batch.
Nous pouvons constater la biomasse fonctionnalisée extrait sélectivement le scandium par rapport au nickel, même si le dernier est en excès. En comparant le résultat avec l’extraction du scandium sans nickel, nous pouvons voir que la biomasse accumule autour de 20 ppm de scandium ce qui est comparable avec l’essai de mélange scandium/nickel ou 20 ppm de scandium ont été fixées et les sites complexant restant ont fixé le nickel sans remplacer le scandium par le nickel.We can see the functionalized biomass selectively extracts scandium over nickel, even if the latter is in excess. By comparing the result with the extraction of scandium without nickel, we can see that the biomass accumulates around 20 ppm of scandium which is comparable with the scandium / nickel mixture test where 20 ppm of scandium were fixed and the sites The remaining complexing agents fixed the nickel without replacing the scandium with nickel.
- Procédé colonne- Column process
Pour mimer la transposition de purification de l’effluent au niveau industriel, nous avons envisagé la purification sur une colonne remplie de biomasse carboxylée. En sachant que la concentration du scandium dans les minerais existants est très faible, nous avons préparé la solution du nickel et du scandium avec le rapport 112 ppm de Ni pour 2 ppm de Sc. Le but est de voir si le scandium reste fixé sur la colonne en présence d’un grand excès de nickel ce qui permet d’enrichir la biomasse en scandium après plusieurs passages d effluent avec une faible concentration de scandium.To mimic the transformation of effluent purification at the industrial level, we considered purification on a column filled with carboxylated biomass. Knowing that the concentration of scandium in the existing ores is very low, we prepared the solution of nickel and scandium with the ratio 112 ppm of Ni to 2 ppm of Sc. The goal is to see if the scandium remains fixed on the column in the presence of a large excess of nickel, which makes it possible to enrich the biomass with scandium after several passages of effluent with a low concentration of scandium.
0.6 g de biomasse (poudre de jacinthe fonctionnalisée à l’acide citrique) est mis dans la colonne. L’effluent synthétique (0,6 mL) contenant 112 mg/L de Ni et 2,3 mg/L de scandium est passé trois fois dans la colonne. Le temps de résidence est de 10 min.0.6 g of biomass (hyacinth powder functionalized with citric acid) is placed in the column. The synthetic effluent (0.6 mL) containing 112 mg / L of Ni and 2.3 mg / L of scandium is passed through the column three times. The residence time is 10 min.
Tableau 28 : Concentrations en Ni et ScTable 28: Ni and Sc concentrations
Le résultat obtenu est spectaculaire : il montre un procédé rapide, simple, efficace et biosourcé qui permet de purifier l’effluent industriel chargé en nickel et en scandium et en même temps d’extraire préférentiellement le scandium. Il s’agit d’une méthode nouvelle pour enrichir la biomasse en ce métal rare et précieux. Il faut remarquer que le scandium et le nickel restent fixés sur la biomasse et ne sont pas élués même après le troisième passage. Donc, un seul passage sur colonne est suffisant. Les passages 2 et 3 montrent qu’il n’y a pas de désorption. La complexation avec la biomasse est facilement extensible à d’autres terres rares comme Ce, Yb et Eu.The result obtained is spectacular: it shows a fast, simple, efficient and bio-based process which makes it possible to purify the industrial effluent loaded with nickel and scandium and at the same time to preferentially extract the scandium. This is a new method for enriching biomass with this rare and precious metal. It should be noted that the scandium and the nickel remain fixed on the biomass and are not eluted even after the third passage. Therefore, a single pass through a column is sufficient. Passages 2 and 3 show that there is no desorption. Complexation with biomass is easily extendable to other rare earths such as Ce, Yb and Eu.
Exemple 13.3. Recyclage du CeExample 13.3. Recycling of Ce
La complexation avec la biomasse est facilement extensible à d’autres terres rares comme Ce. Une solution de cérium à une concentration de 32 ppm a été préparée. L’extraction a été effectuée avec la poudre de racine de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique. La concentration en cérium dans l’effluent avant l’extraction avec de la poudre de jacinthe fonctionnalisée avec l’acide citrique est de 32 mg/L, après extraction elle est de 0,8 mg/L.Complexation with biomass is easily extendable to other rare earths like Ce. A cerium solution at a concentration of 32 ppm was prepared. The extraction was performed with hyacinth root powder functionalized with citric acid. The concentration of cerium in the effluent before extraction with hyacinth powder functionalized with citric acid is 32 mg / L, after extraction it is 0.8 mg / L.
La quasi-totalité de cérium est complexée par la biomasse fonctionnalisée.Almost all of the cerium is complexed by the functionalized biomass.
Exemple 13.4. Recyclage de l’YtterbiumExample 13.4. Recycling of Ytterbium
La biosorption est étudiée avec une solution catalytique de Yb(NO3)3 pentahydrate à 16 mg/L d’ytterbium (Yb) et les résultats de cette analyse sont décrits ci-dessous. Le biosorbant retenu est les marcs de café fonctionnalisés à l’acide citrique. La concentration en Ytterbium dans l’effluent avant l’extraction avec des marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citrique est de 16 mg/L, après extraction elle est de 1,0 mg/L.The biosorption is studied with a catalytic solution of Yb (NO3) 3 pentahydrate at 16 mg / L of ytterbium (Yb) and the results of this analysis are described below. The chosen biosorbent is coffee grounds functionalized with citric acid. The concentration of Ytterbium in the effluent before extraction with coffee grounds functionalized with citric acid is 16 mg / L, after extraction it is 1.0 mg / L.
La biomasse fonctionnalisée est capable de concentrer plus de 15 mg d’Ytterbium.The functionalized biomass is capable of concentrating more than 15 mg of Ytterbium.
Exemple 13.5. Recyclage de l’EuropiumExample 13.5. Recycling Europium
La biosorption est étudiée avec une solution catalytique de Eu(NO3)3 hydrate à 13 mg/L d’europium (Eu) et les résultats de cette analyse sont décrits ci-dessous. Le biosorbant retenu est les marcs de café fonctionnalisés à l’acide citrique. La concentration en europium dans l’effluent avant l’extraction avec des marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citrique est de 13 mg/L, après extraction elle est de 0 mg/LThe biosorption is studied with a catalytic solution of Eu (NO3) 3 hydrate at 13 mg / L of europium (Eu) and the results of this analysis are described below. The chosen biosorbent is coffee grounds functionalized with citric acid. The europium concentration in the effluent before extraction with coffee grounds functionalized with citric acid is 13 mg / L, after extraction it is 0 mg / L
La totalité de l’europium de cette concentration est biosorbée avec la biomasse fonctionnalisée.All of the europium in this concentration is biosorbed with the functionalized biomass.
Exemple 14. Recyclage du CuExample 14. Cu recycling
L’extraction a été effectuée avec les marcs de café fonctionnalisés avec l acide citrique selon le procédé à l’éthanol.The extraction was carried out with coffee grounds functionalized with citric acid according to the ethanol process.
La biomasse (marc de café fonctionnalisé à l’acide citrique/EtOH) est mise dans une solution de (Ζη(ΝΟ3)2*3Η2Ο pour l litre de solution. La suspension a été agitée à température ambiante, puis filtré et le solide est séché dans l’étuve à 85°C.The biomass (coffee grounds functionalized with citric acid / EtOH) is placed in a solution of (Ζη (ΝΟ 3 ) 2 * 3Η 2 Ο for 1 liter of solution. The suspension was stirred at room temperature, then filtered and the solid is dried in an oven at 85 ° C.
Extraction du cuivre avec les marcs de café fonctionnalisés avec l acide citi iqueExtraction of copper with coffee grounds functionalized with citi ic acid
Tableau 29: Recyclage du CuTable 29: Cu recycling
Les données sont supérieures à celles de la littérature : Int. J. Environ. Sci. Technol. (20 L·) 10:611-622, Cerino-Cordova et al. 129 mg de cuivre ont été accumulés par la biomasse en 5 jours ce qui montre une grande capacité d’extraction des marcs de café fonctionnalisés.The data are superior to those of the literature: Int. J. Approx. Sci. Technol. (20 L) 10: 611-622, Cerino-Cordova et al. 129 mg of copper were accumulated by the biomass in 5 days, which shows a high capacity for extracting functionalized coffee grounds.
Exemple 15. Recyclage du CoExample 15. Recycling of Co
Le cobalt fait partie des éléments stratégiques à double titre : il est très utile dans des technologies vertes et pourrait épuiser entre 22 (augmentation de 10% de sa consommation) et 57 ans (ryhtme actuel) au regard des ressources rentables. La possibilité de recyclage est donc pertinente. Par ailleurs, le Co a été réglementé par REACH comme élément cancérigène et problématique.Cobalt is part of the strategic elements for two reasons: it is very useful in green technologies and could use up between 22 (increase of 10% of its consumption) and 57 years (current rate) with regard to profitable resources. The possibility of recycling is therefore relevant. In addition, Co has been regulated by REACH as a carcinogenic and problematic element.
Les matériaux d’origine végétal de l’invention répondent à cette double problématique. Ainsi, par exemple, l’extraction de Co(NO)2*6H2O avec 1 g/L de poudre de racines de jacinthes modifiées à l’anhydride succinique dans l’AcOEt permet de récupérer 27 mg/1 de Co.The materials of plant origin of the invention respond to this double problem. Thus, for example, the extraction of Co (NO) 2 * 6H 2 O with 1 g / L of powder of hyacinth roots modified with succinic anhydride in AcOEt makes it possible to recover 27 mg / 1 of Co.
Exemple 16. Recyclage du PbExample 16. Recycling of Pb
Une solution de plomb a été préparée à partir de Pb(NÛ3)2. L’extraction a été effectuée avec les marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citrique/EtOH.A lead solution was prepared from Pb (NO3) 2 . The extraction was carried out with coffee grounds functionalized with citric acid / EtOH.
Extraction du plomb avec les marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citriqueExtraction of lead with coffee grounds functionalized with citric acid
Tableau 30 : Extraction du plomb avec les marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citrique Les données sont supérieures à celles de la littérature : Int. J. Environ. Sci. Technol. (2013) 10:611-622, Cerino-Cordova et al.Table 30: Extraction of lead with coffee grounds functionalized with citric acid The data are superior to those in the literature: Int. J. Approx. Sci. Technol. (2013) 10: 611-622, Cerino-Cordova et al.
1g de biomasse extrait 56 mg de plomb en 2 heures. 170 mg de plomb ont été accumulés par 1,25g biomasse en 5 jours ce qui montre une grande capacité d’extraction du plomb avec des marcs de café fonctionnalisés.1g of biomass extracts 56 mg of lead in 2 hours. 170 mg of lead were accumulated by 1.25 g of biomass in 5 days, which shows a great capacity for extracting lead with functionalized coffee grounds.
Exemple 17. Recyclage du CdExample 17. Recycling Cd
Une solution du cadmium à une concentration de 15 ppm a été préparée à partir de Cd(NO3)2*4H2O. L’extraction a été effectuée avec 1g de marc de café fonctionnalisés avec l’acide citrique/EtOH. La concentration en cadmium dans l’effluent avant l’extraction avec des marcs de café fonctionnalisés avec l’acide citrique/EtOH est de 15 mg/L, après extraction elle est de 0 mg/L.A solution of cadmium at a concentration of 15 ppm was prepared from Cd (NO 3 ) 2 * 4H 2 O. The extraction was carried out with 1 g of coffee grounds functionalized with citric acid / EtOH. The cadmium concentration in the effluent before extraction with coffee grounds functionalized with citric acid / EtOH is 15 mg / L, after extraction it is 0 mg / L.
La totalité du cadmium est absorbée par 1 g de biomasse en 2 heures.All of the cadmium is absorbed by 1 g of biomass in 2 hours.
Les exemples suivants présentent les réactions de synthèse organiques mises en œuvre selon le procédé de l’invention.The following examples show the organic synthesis reactions carried out according to the process of the invention.
Exemple 15. Réactions de couplages avec des matériaux ayant fixés du Pd.Example 15. Coupling reactions with materials having fixed Pd.
Les systèmes catalytiques recyclés sont appelés Phyto-Pd.The recycled catalytic systems are called Phyto-Pd.
Mode opératoire de préparation de préparation du matériau ayant fixé du Pd (Phyto-Pd) :Preparation procedure for preparing the material having fixed Pd (Phyto-Pd):
23,4 mg de cendres (marc de café) enrichies en palladium (54% de palladium) sont diluées dans 3,25 mL d’acide HCl 6N et chauffé au reflux pendant 6h. Après retour à température ambiante, filtration et concentration sous pression réduite, 44 mg d’une poudre brun orangé hygroscopique est obtenue (20,5% de palladium).23.4 mg of ash (coffee grounds) enriched in palladium (54% palladium) are diluted in 3.25 mL of 6N HCl acid and heated at reflux for 6 h. After returning to room temperature, filtration and concentration under reduced pressure, 44 mg of a hygroscopic orange-brown powder is obtained (20.5% palladium).
Exemple 15.1: Réaction de couplage entre des dérivés bromes hétérocycliques avec des acides boroniques (réaction de Suzuki). La réaction de Suzuki réaction peut se faire dans de l’eau, du butanol ou un mélange d’eau/glycérol ou de butanol/glycérol.Example 15.1: Coupling reaction between heterocyclic brominated derivatives with boronic acids (Suzuki reaction). The Suzuki reaction can be carried out in water, butanol or a mixture of water / glycerol or butanol / glycerol.
Tableau 31 : Résultats des réactions de couplageTable 31: Results of coupling reactions
Le dernier exemple du tableau ci-dessus est à remarquer, puisqu’il correspond à la synthèse d’un intermédiaire clé du bixafen. La réaction est quantitative en deux heures, sans ajout de ligand, de phosphine ou d’additif particulier. Le catalyseur est recyclable en fin de réaction. Le Pd est réduit in situ en Pd noir par le glycérol. Il est isolé par filtration, introduit dans une solution d’acide nitrique IM. De la poudre de jacinthe fonctionnalisée permet une récupération quantitative du Pd en deux heures et la régénération de le Phyto-Pd par la séquence traitement thermique/activation à HCl. Le marc de café est tout aussi efficace. Ces résultats peuvent être avantgeursement comparés à ceux décrits dans la littérature (WO 2015/011032 Al, PCT/EP2014/065463) où procédé nécessite une phosphine très particulière : ((LBu)2PhPH)BF4, un Pd ligandé : Pd (0,12 mol%), la réaction dure 13 h et le catalyseur n’est pas recyclable. Enfin, Le rendement est inférieur (86%).Note the last example in the table above, since it corresponds to the synthesis of a key intermediate in bixafen. The reaction is quantitative in two hours, without adding any ligand, phosphine or particular additive. The catalyst can be recycled at the end of the reaction. Pd is reduced in situ to black Pd by glycerol. It is isolated by filtration, introduced into a solution of 1M nitric acid. Functionalized hyacinth powder allows quantitative recovery of Pd in two hours and regeneration of Phyto-Pd by the heat treatment / HCl activation sequence. The coffee grounds are just as effective. These results can be advantageously compared to those described in the literature (WO 2015/011032 A1, PCT / EP2014 / 065463) where the process requires a very particular phosphine: ((LBu) 2PhPH) BF4, a liganded Pd: Pd (0.12 mol%), the reaction lasts 13 h and the catalyst cannot be recycled. Finally, the yield is lower (86%).
Protocole expérimental générale pour la réaction de SuzukiGeneral experimental protocol for the Suzuki reaction
L’halogénure d’aryle (1,25 mmol, 1 équiv.), l’acide phényl boronique (1,3 carbonate de potassium (1,5 mmol, 1,2 équiv.) et 0,1 mol% de catalyseur à mmol, 1,1 équiv.), base de Pd (PhytoPd) sont mis dans un ballon. 2,5 mL de solvant est ajouté et la suspension obtenue est mis sous argon. Le mélange réactionnel est agité à 95°C pendant 2 h. Au bout de 2 h le mélange est refroidi. Le produit est extrait à l’acétate d’éthyle et lavé à l’eau. La conversion est determmee par GC/MS avec le dodécane comme un étalon interne.Aryl halide (1.25 mmol, 1 equiv.), Phenyl boronic acid (1.3 potassium carbonate (1.5 mmol, 1.2 equiv.) And 0.1 mol% of catalyst mmol, 1.1 equiv.), Pd base (PhytoPd) are put into a flask. 2.5 mL of solvent is added and the suspension obtained is placed under argon. The reaction mixture is stirred at 95 ° C for 2 h. After 2 h the mixture is cooled. The product is extracted with ethyl acetate and washed with water. The conversion is determined by GC / MS with dodecane as an internal standard.
L’entrée 1 a été réalisée à l’échelle de 20,4 g de 2-bromothiophène soit 111 mg de Phyto-Pd (0.125 mmol de Pd). Il s’agit d’un cas intéressant de catalyse homogène, le Phyto-Pd est entièrement soluble dans le solvant de couplage. Le catalyseur a été l’objet d’un recyclage et d’une réutilisation du système catalytique dans la même réaction. La procedure repose sur la filtration du Pd formé en fin de réaction et mise en phase aqueuse à pH = 2,5 à l’aide d’acide nitrique. Après agitation pendant 2 heures, les résultats obtenus sont spectaculaires : 84 % de Pd est ré-extrait par la poudre de racines de jacinthes d’eau. Après transformation des extraits racinaires selon le procédé standard, l’activité catalytique du Phyto-Pd régénéré est conservée.Entry 1 was made on the scale of 20.4 g of 2-bromothiophene, i.e. 111 mg of Phyto-Pd (0.125 mmol of Pd). This is an interesting case of homogeneous catalysis, Phyto-Pd is completely soluble in the coupling solvent. The catalyst was recycled and reused by the catalyst system in the same reaction. The procedure is based on filtering the Pd formed at the end of the reaction and placing it in aqueous phase at pH = 2.5 using nitric acid. After stirring for 2 hours, the results obtained are spectacular: 84% Pd is re-extracted by the powder of water hyacinth roots. After transformation of the root extracts according to the standard process, the catalytic activity of the regenerated Phyto-Pd is retained.
Tableau 32 : Composition minérale des solides et solutions invoquées dans le recyclage du palladium (analyses MP-AES (%mass pour les solides, mg/L pour les phases liquides!Table 32: Mineral composition of solids and solutions invoked in the recycling of palladium (MP-AES analyzes (% mass for solids, mg / L for liquid phases!
Le procédé est généralisable à d’autres dérivés halogénés hétérocycliques dans le glycérol.The process can be generalized to other heterocyclic halogenated derivatives in glycerol.
Il est également possible d’effectuer les transformations avec le butanol dans le cas des dérivés bromés non hydrophiles (bromothiophène) ou dans l’eau avec les hétérocycles azotés (bromopyridine). Les rendements sont comparables. Ces réactions sont donc d’une efficacité remarquable, simples à mettre en œuvre et économiques (pas de ligand, pas d’additif) et totalement éco-compatibles (solvants verts et recyclabilité du Phyto-Pd.It is also possible to carry out the transformations with butanol in the case of non-hydrophilic brominated derivatives (bromothiophene) or in water with nitrogenous heterocycles (bromopyridine). The returns are comparable. These reactions are therefore remarkably efficient, simple to implement and economical (no ligand, no additive) and totally eco-compatible (green solvents and recyclability of Phyto-Pd.
De même ces catalyseurs peuvent promouvoir des couplages entre acides boroniques et dérivés 5 bromés hétérocycliques. Là encore, aucun ligand n’est nécessaire. Les solvants verts conduisent à de très bons rendements.Likewise these catalysts can promote couplings between boronic acids and heterocyclic brominated derivatives. Again, no ligand is needed. Green solvents lead to very good yields.
+ Ar-B(OH)2 + Ar-B (OH) 2
Il est ainsi possible de coupler deux thiophènes entre eux, ce qui ouvre un accès aux composés conducteurs.It is thus possible to couple two thiophenes together, which opens up access to the conductive compounds.
La réaction de Suzuki en série hétérocyclique peut également être réalisée en utilisant le PhytoPd recyclé par biosorption avec du marc de café. La réaction est effectuée dans 1 eau avec un rendement de 97%.The Suzuki heterocyclic series reaction can also be carried out using PhytoPd recycled by biosorption with coffee grounds. The reaction is carried out in 1 water with a yield of 97%.
Protocol expérimental pour la réaction de Suzuki dans l eauExperimental protocol for the Suzuki reaction in water
Le 3-bromopyridine (4,75 mmol, 1 équiv.), l’acide phényl boronique (5,23 mmol, 1,1 équiv.), carbonate de potassium (5,7 mmol, 1,2 équiv.) et 0,1 mol% de catalyseur à la base de Pd (20,1% mass de Pd dans le catalyseur) sont mis dans un ballon. 9,5 mL de solvant est ajouté et la suspension obtenue est mis sous argon. Le mélange réactionnel est agité à 95 °C pendant 2 h. Au bout de 2 h le mélange est refroidi. Le produit est extrait à l’acétate d’éthyle et lavé à l’eau. La conversion de 97% est déterminée en GC/MS avec le dodécane comme un étalon interne.3-Bromopyridine (4.75 mmol, 1 equiv.), Phenyl boronic acid (5.23 mmol, 1.1 equiv.), Potassium carbonate (5.7 mmol, 1.2 equiv.) And 0 1 mol% of catalyst based on Pd (20.1% by mass of Pd in the catalyst) are placed in a flask. 9.5 mL of solvent is added and the suspension obtained is placed under argon. The reaction mixture is stirred at 95 ° C for 2 h. After 2 h the mixture is cooled. The product is extracted with ethyl acetate and washed with water. The 97% conversion is determined in GC / MS with dodecane as an internal standard.
Exemple 15.2: Réaction du iodobenzène avec l’acrylate de méthyle (réaction de Heck) oExample 15.2: Reaction of iodobenzene with methyl acrylate (Heck reaction) o
L’iodobenzene (1,4 mmol, 1,4 équiv.), le carbonate de potassium (1,3 mmol, 1,3 équiv.), 0.5 mol% de catalyseur Phyto-Pd (19% mass de Pd dans le catalyseur) et l’acrylate de méthyl (1 mmol, 1 équiv.) sont mis en solution dans la gamma-valérolactone (2 mL) sous argon à température ambiante. Le mélange réactionnel est chauffé à 120 °C pendant 4 h. Au bout de 4 h, la réaction est refroidie et analysée en GC/MS avec le dodécane comme un étalon interne. La conversion est totale. 93% de monoadduit sont observés et 7% de diadduit.Iodobenzene (1.4 mmol, 1.4 equiv.), Potassium carbonate (1.3 mmol, 1.3 equiv.), 0.5 mol% of Phyto-Pd catalyst (19% by mass of Pd in the catalyst ) and methyl acrylate (1 mmol, 1 equiv.) are dissolved in gamma-valerolactone (2 mL) under argon at room temperature. The reaction mixture is heated at 120 ° C for 4 h. After 4 h, the reaction is cooled and analyzed in GC / MS with dodecane as an internal standard. The conversion is total. 93% of monoadduct are observed and 7% of diadduct.
La réaction est comparée avec les catalyseurs commerciaux comme PdCl2 et Pd(OAc)2- La conversion est totale dans les deux cas, mais le rapport entre le monoadduit et le diadduit est de 80/20 et 87/13 respectivement. Cette différence montre que la réaction avec le Phyto-Pd est plus sélective par rapport au produit de monocouplage.The reaction is compared with commercial catalysts such as PdCl 2 and Pd (OAc) 2- The conversion is complete in both cases, but the ratio between the monoadduct and the diadduct is 80/20 and 87/13 respectively. This difference shows that the reaction with Phyto-Pd is more selective compared to the monocoupling product.
En utilisant, le bromobenzène, seul le monoadduit est observé.Using bromobenzene, only the monoadduct is observed.
Une autre réaction de Heck, ci-dessous, permet de mettre en évidence un pourcentage de conversion bien supérieur avec le catalyseur biosourcé par rapport au catalyseur commercial.Another Heck reaction, below, makes it possible to demonstrate a much higher percentage of conversion with the bio-based catalyst compared to the commercial catalyst.
catalyseur Pd (0.05mol%)Pd catalyst (0.05mol%)
KzCO3/140°CK z CO 3/140 ° C
Exemple 15.3 : Réaction de SonogashiraExample 15.3: Sonogashira reaction
Avec le Phyto-Pd recyclé, le couplage de Sonogashira peut être effectué sans ligand et sans sels de cuivre. L’exemple industriel du couplage butyn-3-ol et du 4‘-hydroxy-3’-iodo-biphenyl-4carbonitrile illustre le potentiel de Phyto-Pd dans ce type de réaction.With the recycled Phyto-Pd, the coupling of Sonogashira can be carried out without ligand and without copper salts. The industrial example of butyn-3-ol and 4‘-hydroxy-3'-iodo-biphenyl-4carbonitrile coupling illustrates the potential of Phyto-Pd in this type of reaction.
II
Dans 100 ml d’un mélange glyécrol/butanol 50/50, 0,05 mol de dérivé iodé, 0,1 mol de butyn-3ol sont additionnés en présence de 0,1 mol de K2CO3, et de Phyto-Pd dérivé de la laitue d’eau (0.5 mol% Pd). Le milieu réactionnel est chauffé à 100°C. Au bout de 4 h, la réaction est refroidie et analysée en GC/MS avec le dodécane comme un étalon interne. La conversion est totale.In 100 ml of a 50/50 glyecrol / butanol mixture, 0.05 mol of iodine derivative, 0.1 mol of butyn-3ol are added in the presence of 0.1 mol of K2CO3, and of Phyto-Pd derived from water lettuce (0.5 mol% Pd). The reaction medium is heated to 100 ° C. After 4 h, the reaction is cooled and analyzed in GC / MS with dodecane as an internal standard. The conversion is total.
Ce résultat est particulièrement intéressant, car il s’agit d’une étape clé de la synthèse industrielle de 1ΆΒΤ-239, un antagoniste du récepteur H3 de l’histamine. Il peut être avantageusement comparé aux données de la littérature qui décrivent des catalyseurs au palladium ligandé (exemple : complexe PdCl2(PPh3)2) en présence de de sels de cuivre (Cul): Organic Process Research Development 2005, 9 (1), 45-50), qui nécessite de plus des quantités supérieures de Pd (1 mol% dans la référence précédente).This result is particularly interesting because it is a key step in the industrial synthesis of 1ΆΒΤ-239, an antagonist of the histamine H3 receptor. It can be advantageously compared with the data in the literature which describe liganded palladium catalysts (example: PdCl 2 (PPh3) 2 complex) in the presence of copper salts (Cul): Organic Process Research Development 2005, 9 (1), 45-50), which additionally requires larger amounts of Pd (1 mol% in the previous reference).
La réaction de Sonogashira catalysée par un Phyto-Pd peut être étendue à la synthèse de polymères Ji-conjugués, tels que les polyarylènes, polyphenylacétylènes. Là encore, les sels de cuivre et l’introduction de ligands n’est pas utile. Il s’agit d’un accès simple et efficace aux polymères utilisés dans les OLEDs.The Sonogashira reaction catalyzed by a Phyto-Pd can be extended to the synthesis of Ji-conjugated polymers, such as polyarylenes, polyphenylacetylenes. Again, copper salts and the introduction of ligands are not helpful. It is about easy and efficient access to the polymers used in OLEDs.
nX—Ar1—X + nH----Ar2---=--HnX — Ar 1 —X + nH ---- Ar 2 --- = - H
Phyto-Pd T \— Ar1----Ar2---==—)Exemple : X = I, Ar1=Ar2= PhPhyto-Pd T \ - Ar 1 ---- Ar 2 --- == -) Example: X = I, Ar 1 = Ar 2 = Ph
Dans 100 ml d’un mélange glycérol/butanol 50/50, 0,1 mol de 1,4-diiodobenzène, 0,1 mol de 1,4-diéthynylbenzène sont additionnés en présence de 0,1 mol de K2CO3, et de Phyto-Pd dérivé de la pomme de pin (0.5 mol% Pd). Le milieu réactionnel est chauffé à 100°C. Au bout de 8 h, la réaction est refroidie et analysée en RMN et IR montrant la formation de produits de polycondensation. Avec le phénylacétylène, la conversion est totale après 2 h de réaction. Ce résultat est avantageusement comparé à celui de Yang (J. Org. Chem. 2005, 70, 391-393) qui attend 80% de rendement après 24h et 1% de Pd.In 100 ml of a 50/50 glycerol / butanol mixture, 0.1 mol of 1,4-diiodobenzene, 0.1 mol of 1,4-diethynylbenzene are added in the presence of 0.1 mol of K 2 CO3, and of Phyto-Pd derived from pine cone (0.5 mol% Pd). The reaction medium is heated to 100 ° C. After 8 h, the reaction is cooled and analyzed by NMR and IR showing the formation of polycondensation products. With phenylacetylene, the conversion is complete after 2 h of reaction. This result is advantageously compared with that of Yang (J. Org. Chem. 2005, 70, 391-393) who expects 80% yield after 24 h and 1% Pd.
Exemple 15.4: Chimie réductrice du Pd(II)Example 15.4: Reducing chemistry of Pd (II)
Exemple 15.4.1: Réduction d’une énone avec les cendres de Phyto-PdExample 15.4.1: Reduction of an enone with the ash of Phyto-Pd
L’énone (2,5mmol, 1 équiv.) et le Phyto-Pd (issu du traitement thermique contrôlé des racines de jacinthes d’eau) (0,15 équiv.) sont mis en suspension sous argon dans du THF dégazé (2 mL). L’acide formique (5,0 mmol, 2 équiv.) est ajouté et le mélange obtenu est mis au reflux. Au bout de 3 h, le mélange est filtré sur dicalite et concentré sous pression réduite. Un rendement de 85% est obtenu en cétone. Il est important de noter que la réaction est inopérante avec de l’oxyde de Pd. En durcissant les conditions (durée, charge catalytique), le pourcentage d’alcool devient majoritaire.The enone (2.5mmol, 1 equiv.) And the Phyto-Pd (resulting from the controlled heat treatment of the roots of water hyacinths) (0.15 equiv.) Are suspended under argon in degassed THF (2 mL). Formic acid (5.0 mmol, 2 equiv.) Is added and the resulting mixture is refluxed. After 3 h, the mixture is filtered through dicalite and concentrated under reduced pressure. A yield of 85% is obtained in ketone. It is important to note that the reaction does not work with Pd oxide. By hardening the conditions (duration, catalytic load), the percentage of alcohol becomes predominant.
Exemple 15.4.2 : Isomérisation d’une double liaison exocyclique de la 2-cyclopentenoneExample 15.4.2: Isomerization of an exocyclic double bond of 2-cyclopentenone
R= alkyle, HR = alkyl, H
La cyclopentenone (Immol ; 1 équiv.) est ajouté à 0.1 mol% de catalyseur Phyto-Pd (20% mass de Pd dans le catalyseur), puis le mélange obtenu est agité 16 h sous argon à température ambiante. Le mélange réactionnel devient noir foncé. Après une nuit d’agitation, la composition du mélange réactionnel est analysée en GC/MS. La conversion en produit portant une double liaison endocyclique est de 52%.Cyclopentenone (Immol; 1 equiv.) Is added to 0.1 mol% of Phyto-Pd catalyst (20% by mass of Pd in the catalyst), then the mixture obtained is stirred for 16 h under argon at room temperature. The reaction mixture turns dark black. After stirring overnight, the composition of the reaction mixture is analyzed in GC / MS. The conversion to product bearing an endocyclic double bond is 52%.
Exemple 16 :Chimie bio-sourcée du fer (Fe) :Example 16: Bio-sourced chemistry of iron (Fe):
Mode opératoire de préparation du matériau ayant fixé du fer (Phyto-Fe) .Procedure for preparing the material having fixed iron (Phyto-Fe).
400 mg de cendres (poudre de racine de jacinthe) enrichies en fer (2% de fer) sont diluées dans 55,5 mL d’acide HCl 6N. Le mélange est chauffé à reflux pendant 6h. Après retour à température ambiante, filtration et concentration sous pression réduite, 430 mg d’une poudre jaune hygroscopique sont obtenus (1,3% de fer).400 mg of ash (hyacinth root powder) enriched in iron (2% iron) are diluted in 55.5 mL of 6N HCl acid. The mixture is heated at reflux for 6 h. After returning to room temperature, filtration and concentration under reduced pressure, 430 mg of a hygroscopic yellow powder are obtained (1.3% iron).
Exemple 16.1 : Protocole général pour l’oxydation d’alcool benzylique en aldéhyde avec le Phyto-Fe sans ligand :Example 16.1: General protocol for the oxidation of benzyl alcohol to aldehyde with Phyto-Fe without ligand:
Le Phyto-Fe (20 mmol, 2 mol%) est ajouté dans 1 mL d’H2O et agité pendant 20 min pour obtenir une solution jaune limpide. Après addition de l’alcool benzylique (1 mmol) le mélange réactionnel est agité vigoureusement, puis ΙΉ2Ο2 (30% dans l’eau, 2 mmol, 0,2 mL) est additionné goutte à goutte en 10 min à l’aide d’une pousse-seringue à température ambiante. Le mélange réactionnel est agité pendant 3 h, puis l’aldéhyde est extrait avec de l’acétate d éthyle et analysé en GC/MS avec du dodécane comme étalon interne. Un rendement de 35% est obtenu.Phyto-Fe (20 mmol, 2 mol%) is added in 1 mL of H2O and stirred for 20 min to obtain a clear yellow solution. After addition of benzyl alcohol (1 mmol), the reaction mixture is stirred vigorously, then ΙΉ2Ο2 (30% in water, 2 mmol, 0.2 mL) is added dropwise over 10 min using a syringe pump at room temperature. The reaction mixture is stirred for 3 h, then the aldehyde is extracted with ethyl acetate and analyzed in GC / MS with dodecane as an internal standard. A yield of 35% is obtained.
Exemple 16.2 : Protocole général pour l’oxydation d’alcool benzylique en aldéhyde avec le Phyto-Fe activé par un ligand diazoté :Example 16.2: General protocol for the oxidation of benzyl alcohol to aldehyde with Phyto-Fe activated by a diazotized ligand:
Le Phyto-Fe (20 mmol, 2 mol%) et le ligand (20 mmol, 2 mol% ; par exemple la phytophytine) sont ajoutés dans 1 mL d’H2O. Le mélange est agité pendant 20 min pour obtenir une solution jaune limpide. Après l’addition de l’alcool benzylique (1 mmol) dans la solution, le mélange réactionnel est agité fortement puis H2O2 (30% dans l’eau, 2 mmol, 0,2 mL) est additionné goutte à goutte en 10 min à l’aide d’une pousse-seringue à température ambiante. Le mélange réactionnel est agité pendant 3 h, puis l’aldéhyde a été extrait avec de l’acétate d’éthyle et analysé en GC/MS avec du dodécane comme étalon interne. Un rendement de 59% est obtenu.The Phyto-Fe (20 mmol, 2 mol%) and the ligand (20 mmol, 2 mol%; for example phytophytin) are added in 1 mL of H 2 O. The mixture is stirred for 20 min to obtain a solution clear yellow. After the addition of benzyl alcohol (1 mmol) in the solution, the reaction mixture is stirred vigorously then H2O2 (30% in water, 2 mmol, 0.2 mL) is added dropwise over 10 min to using a syringe pump at room temperature. The reaction mixture is stirred for 3 h, then the aldehyde was extracted with ethyl acetate and analyzed in GC / MS with dodecane as internal standard. A yield of 59% is obtained.
Une valorisation innovante du fer a été réalisée avec le biomatériau le plus riche en Fe.An innovative recovery of iron was carried out with the biomaterial richest in Fe.
Tableau 35 : Teneurs en métauxTable 35: Metal contents
Les extraits racinaires ont été traités thermiquement à 550°C, puis activés par HCl 6N à reflux pendant 6H. Après concentration du milieu réactionnel, le solide jaune obtenu, appelé Phyto-Fe, a été testé dans des réactions inhabituelles de SEAr.The root extracts were heat-treated at 550 ° C., then activated with 6N HCl at reflux for 6 hours. After concentration of the reaction medium, the yellow solid obtained, called Phyto-Fe, was tested in unusual SEAr reactions.
Exemple 16.3. Halogénations oxydantes et SEAr inhabituelles (nitration, thiocyanation)Example 16.3. Unusual oxidative halogenations and SEAr (nitration, thiocyanation)
Un Phyto-Fe comprenant 0,05 mole de fer, en présence d’une quantité équimolaire de bromure de sodium (ou de potassium) et d’anisole sont chauffés à 80°C pendant une nuit en présence de 200 mg de montmorillonite K10.A Phyto-Fe comprising 0.05 mol of iron, in the presence of an equimolar amount of sodium (or potassium) bromide and anisole are heated at 80 ° C overnight in the presence of 200 mg of montmorillonite K10.
Le produit de monobromation est obtenu avec un rendement de 74%. Ce résultat est remarquable, car la bromation est possible sans dibrome. Il est particulièrement étonnant, car d’un point de vue thermodynamique le Fe (III) n’est pas suffisamment oxydant pour oxyder un bromure en dibrome. Il est également à remarquer que le support solide n est pas la silice, mais la montmorillonite qui ne pose pas les mêmes problèmes de toxicité.The monobromination product is obtained with a yield of 74%. This result is remarkable, because bromination is possible without dibroma. It is particularly surprising, because from a thermodynamic point of view, Fe (III) is not sufficiently oxidizing to oxidize a bromide to dibroma. It should also be noted that the solid support is not silica, but montmorillonite which does not pose the same toxicity problems.
Cette méthode de bromation est unique si l’on se réfère aux données de la littérature. Le tableau présenté ci-dessous permet de mettre en évidence l’avantage de la technologie présentée : elles est basée sur l’utilisation d’un catalyseur non noble, facile d’accès, sans co-oxydant dangereux, sans solvant, sans silice et avec un procédé direct et très facile à mettre en œuvre, et à l’aide de matériaux bio-sourcés et durables. Les méthodes classiques nécessitent le dibrome (irritant) en présence d’acides de Lewis ou le NBS, qui génère un imide toxique. Les exemples cités ci-après sont basés sur l’utilisation de NaBr, en présence de catalyseurs complexes ou composés de métaux nobles, d’oxydants et solvants toxiques. Une analyse bibliographique comparative prouve que la méthode proposée est un réel progrès dans le domaine Journal of Organic Chemistry, 67(13), 4487-4493, 2002 ; Eur. Pat. Appl. 1138657, 2001 ; Tetrahedron Letters, 31(14), 2007-10, 1990; Eur. Pat. Appl., 1138657, 2001 ; Bulletin of the Korean Chemical Society, 23(5), 773-775, 2002 ; Synthetic communications, 31(19), 2995-2963, 2001 ; Journal of Chemical Research,(6), 366-368, 2006 ; Huaxue Yu Shengwu Gongcheng, 29(11), 47-49, 2012 ; Catalysis Science & Technology, 5(10), 4778-4789, 2015 ; Journal of Molecular catalaysis A :This bromination method is unique based on data from the literature. The table presented below makes it possible to highlight the advantage of the technology presented: they are based on the use of a non-noble catalyst, easy to access, without dangerous co-oxidants, without solvents, without silica and with a direct process that is very easy to implement, and using bio-sourced and sustainable materials. Conventional methods require the dibroma (irritant) in the presence of Lewis acids or NBS, which generates a toxic imide. The examples given below are based on the use of NaBr, in the presence of complex catalysts or compounds of noble metals, oxidants and toxic solvents. A comparative bibliographic analysis proves that the proposed method is a real progress in the field Journal of Organic Chemistry, 67 (13), 4487-4493, 2002; Eur. Pat. Appl. 1138657, 2001; Tetrahedron Letters, 31 (14), 2007-10, 1990; Eur. Pat. Appl., 1138657, 2001; Bulletin of the Korean Chemical Society, 23 (5), 773-775, 2002; Synthetic communications, 31 (19), 2995-2963, 2001; Journal of Chemical Research, (6), 366-368, 2006; Huaxue Yu Shengwu Gongcheng, 29 (11), 47-49, 2012; Catalysis Science & Technology, 5 (10), 4778-4789, 2015; Journal of Molecular catalaysis A:
Chemical, 371, 56-62, 2013 ; Chemical, 371, 56-62, 2013 ChemSusChem 6(8) 1337-1340, 2013 ; Catalysis Letters, 137(3-4), 190-201, 2010 ; Green Chemistry, 8(10), 916-922, 2006 ; Synthetic communications, 28(8), 1463-1470, 1998 ; Synthesis (2), 221-223, 2006; Tetrahedron letters, 44(49), 8781-8785, 2003 ; e-EROS Encycl. of Reagents for Organic Synthesis 1-9, 2006 ; Advanced Synthesis & Catalysis, 351(11+12), 1925-1932, 2009).Chemical, 371, 56-62, 2013; Chemical, 371, 56-62, 2013 ChemSusChem 6 (8) 1337-1340, 2013; Catalysis Letters, 137 (3-4), 190-201, 2010; Green Chemistry, 8 (10), 916-922, 2006; Synthetic communications, 28 (8), 1463-1470, 1998; Synthesis (2), 221-223, 2006; Tetrahedron letters, 44 (49), 8781-8785, 2003; e-EROS Encycl. of Reagents for Organic Synthesis 1-9, 2006; Advanced Synthesis & Catalysis, 351 (11 + 12), 1925-1932, 2009).
Il est à noter qu’il est possible d’étendre le concept à des réactions de chloration, mais surtout d’iodation en série aromatique. Ainsi, par exemple, la méthode permet la tri-iodation de l’aniline ou l’iodation de l’anisole ou le thiophène.It should be noted that it is possible to extend the concept to reactions of chlorination, but especially of iodization in aromatic series. So, for example, the method allows the tri-iodination of aniline or the iodization of anisole or thiophene.
Le dérivé aromatique (0,1 mmol ; 1 éq), Phyto-Fe (0,105 g (5,3% de Fer ; 0,1 mmol ; 1 éq)), Nal (0,1 mmol ; 1 éq) et la montmorillonite K10 (0,2 g) sont mélangés et agités à 80°C pendant 24h. A la fin de la réaction, le mélange est refroidi à température ambiante, lavé avec du dichlorométhane et analysé en GC-MS, puis en RMN.The aromatic derivative (0.1 mmol; 1 eq), Phyto-Fe (0.105 g (5.3% Iron; 0.1 mmol; 1 eq)), Nal (0.1 mmol; 1 eq) and montmorillonite K10 (0.2 g) are mixed and stirred at 80 ° C. for 24 h. At the end of the reaction, the mixture is cooled to room temperature, washed with dichloromethane and analyzed by GC-MS, then by NMR.
Tableau 36Table 36
Le procédé peut également être étendue à d’autre sels, tels que KSCN, KNO3, et donc permettre la thiocyanation ou la nitration directe dans des conditions très douces.The process can also be extended to other salts, such as KSCN, KNO3, and therefore allow direct thiocyanation or nitration under very mild conditions.
Tableau 37Table 37
Exemple 17. Chimie bio-sourcée du zinc (Zn)Example 17. Bio-sourced chemistry of zinc (Zn)
Le Phyto-Zn est préparé par addition d’un gramme d’extrait racinaire de jacinthe d’eau dans 100 mL d’une solution de Zn à 10 mg/L. Après 2 h d’agitation, la poudre est filtrée, séchée et traité à 550°C.Phyto-Zn is prepared by adding one gram of water hyacinth root extract to 100 mL of a 10 mg / L solution of Zn. After 2 h of stirring, the powder is filtered, dried and treated at 550 ° C.
Exemple 17.1 : Réaction de condensation d’un carbanion sur un composé carbonyle (réaction de type Doebner-Knoevenagel)Example 17.1: Condensation reaction of a carbanion with a carbonyl compound (Doebner-Knoevenagel type reaction)
Le Phyto-Zn récupéré par recyclage présente des propriétés acides de Lewis intéressantes. La formation de liaisons C-C par réaction de type Doebner-Knoevenagel constitue un exemple intéressant. Elle intervient dans la synthèse de nombreux composés d'intérêt tels que l'atorvastatine, principe actif d'un médicament anti-cholestérol de Pfizer connu sous le nom deThe Phyto-Zn recovered by recycling exhibits interesting Lewis acid properties. The formation of C-C bonds by reaction of the Doebner-Knoevenagel type constitutes an interesting example. It is involved in the synthesis of many compounds of interest such as atorvastatin, the active principle of an anti-cholesterol drug from Pfizer known under the name of
Tahor en France ou de Lipitor aux Etats-Unis, ou l'imiquimod, principe actif de l'Aldara et du Zyclara, médicaments modificateurs de la réponse immunitaire utilisés pour traiter des affections de la peau. Les conditions classiques de réaction impliquent l'utilisation de solvants et d'une base en quantité stoechiométrique.Tahor in France or Lipitor in the United States, or imiquimod, the active ingredient in Aldara and Zyclara, immune response-modifying drugs used to treat skin conditions. Conventional reaction conditions involve the use of solvents and a base in a stoichiometric amount.
Synthèse de l'imiquimodSynthesis of imiquimod
L'utilisation de solvants verts voire l'absence de solvant et le recours à la catalyse hétérogène sont deux moyens possibles pour rendre cette réaction plus verte. L'activité catalytique du chlorure de zinc, catalyseur acide de Lewis, en l'absence de solvant a été démontrée pour la réaction de Knoevenagel. Cependant, le chlorure de zinc est un composé très hygroscopique, difficile à manipuler et il s'agit là de catalyse homogène.The use of green solvents or even the absence of solvent and the use of heterogeneous catalysis are two possible means of making this reaction greener. The catalytic activity of zinc chloride, a Lewis acid catalyst, in the absence of solvent has been demonstrated for the Knoevenagel reaction. However, zinc chloride is a very hygroscopic compound, difficult to handle and this is homogeneous catalysis.
Tableau 38Table 38
Ces résultats prouvent l’intérêt de cette technique de recyclage. Elle conduit à un Phyto-Zn dont l’activité est au moins égale, voire supérieure à K2ZnCl< sel de zinc présente dans le Phyto-Zn.These results prove the interest of this recycling technique. It leads to a Phyto-Zn whose activity is at least equal to, or even greater than, K 2 ZnCl <zinc salt present in Phyto-Zn.
Protocole expérimentale pour la réaction de KnoevenagelExperimental protocol for the Knoevenagel reaction
Dans un réacteur, le Phyto-Zn (0,06 g ; 5mol% en Zn), préalablement traité thermiquement 5 min à 150°C, est introduit avec le benzaldéhyde (5 mmol, l équiv.) et le malononitrile (5 mmol, l équiv.) à température ambiante. Puis le mélange réactionnel est chauffé à 100 °C pendant l h. La solution est refroidie, puis le produit formé est extrait à l’acétate d’éthyle. La conversion est établie par GC/MS avec le biphényle comme un étalon interne. Elle est de 97% en produit d’addition de Knoevenagel.In a reactor, the Phyto-Zn (0.06 g; 5mol% of Zn), previously heat-treated for 5 min at 150 ° C, is introduced with benzaldehyde (5 mmol, l equiv.) And malononitrile (5 mmol, l equiv.) at room temperature. Then the reaction mixture is heated at 100 ° C for 1 h. The solution is cooled, then the product formed is extracted with ethyl acetate. The conversion is established by GC / MS with biphenyl as an internal standard. It is 97% Knoevenagel adduct.
Exemple 18. Chimie bio-sourcée du nickel (Ni)Example 18. Bio-sourced chemistry of nickel (Ni)
Le biosorbant chargé en Ni est utile en synthèse organique. Il est par exemple un bon catalyseur de réaction de couplage, tel que la réaction de Suzuki.The Ni-loaded biosorbent is useful in organic synthesis. It is, for example, a good catalyst for a coupling reaction, such as the Suzuki reaction.
Mode opératoire de la réaction de Suzuki g de cendres dérivées des jacinthes d’eau fonctionnalisées et traitées à 550°C sont diluées dans 15 mL d’acide formique. La solution est portée à reflux. La solution vire progressivement du noir au vert, traduisant la formation de formiate de nickel. Après 7h, le milieu est refroidi, filtré, le solide est lavé à l’acide formique, puis à l’eau. Il est redissout dans l’eau chaude à chaud et le milieu est évaporé sous pression réduite. Il est séché, puis engagé en réaction de Suzuki.Procedure of the Suzuki reaction g of ash derived from functionalized water hyacinths and treated at 550 ° C are diluted in 15 mL of formic acid. The solution is brought to reflux. The solution gradually turns from black to green, reflecting the formation of nickel formate. After 7 hours, the medium is cooled, filtered, the solid is washed with formic acid, then with water. It is redissolved in hot hot water and the medium is evaporated under reduced pressure. It is dried, then engaged in Suzuki reaction.
L’éco-formiate de Ni est dissous dans un mélange glycérol/BuOH (1/1 en volume) en présence de deux équivalents de carbonate de potassium, d’1,2 équivalent d’acide boronique et d’un équivalent d’iodobenzène. Le mélange est porté à 120°C pendant 8 heures. 80% de produit de couplage sont alors observés par analyse GC MS par rapport à la référence interne (dodécane).Ni eco-formate is dissolved in a glycerol / BuOH mixture (1/1 by volume) in the presence of two equivalents of potassium carbonate, 1.2 equivalents of boronic acid and one equivalent of iodobenzene . The mixture is brought to 120 ° C. for 8 hours. 80% of coupling product is then observed by GC MS analysis relative to the internal reference (dodecane).
Exemple 19. Chimie bio-sourcée des terres raresExample 19. Bio-sourced chemistry of rare earths
La poudre gorgée de cérium a été calcinée et valorisée dans la réaction de Biginelli.The cerium-saturated powder was calcined and upgraded in the Biginelli reaction.
Mode opératoire de préparation de Phyto-Ce :Procedure for preparing Phyto-Ce:
mg de cendres (poudre de racine de jacinthe modifiée à l’acide citrique) enrichies en cérium sont diluées dans 6,25 mL d’acide HCl 6N ; le milieu est chauffé à reflux pendant 6h. Après retour à température ambiante, filtration et concentration sous pression réduite, 42 mg d’une poudre jaune hygroscopique est obtenue (26% de cérium).mg of ash (hyacinth root powder modified with citric acid) enriched in cerium are diluted in 6.25 mL of 6N HCl acid; the medium is heated at reflux for 6 h. After returning to room temperature, filtration and concentration under reduced pressure, 42 mg of a hygroscopic yellow powder is obtained (26% cerium).
Mode opératoire de la réaction de Biginelli :Procedure of the Biginelli reaction:
La solution de l’acétoacétate d’éthyle (0.013 g; 0,1 mol), 4-méthoxybenzaldéhyde (0.014 g; 0,1 mmol) et urée (0,018 g; 0,3 mol) dans l’éthanol (0,05 mL) est chauffée au reflux en présence de Phyto-Ce (0,037 g; 0,025 mol) pendant 2h30. Une partie de la solution est prélevée, centrifugée et le liquide est passé dans la GCMS. La conversion de 93% est observée au bout de 2h30.The solution of ethyl acetoacetate (0.013 g; 0.1 mol), 4-methoxybenzaldehyde (0.014 g; 0.1 mmol) and urea (0.018 g; 0.3 mol) in ethanol (0.05 mL) is heated under reflux in the presence of Phyto-Ce (0.037 g; 0.025 mol) for 2 h 30 min. Part of the solution is taken, centrifuged and the liquid is passed through the GCMS. The conversion of 93% is observed after 2:30.
'o o reflux, 2h30 o —---όΛ + T2 h2n%'oo reflux, 2h30 o —--- ό Λ + T 2 h 2 n%
Réaction de Biginelli avec un Phyto-Ce oBiginelli reaction with a Phyto-Ce o
HH
93%93%
Exemple 20. Epoxydation avec les cendres issues de l’extraction du Mn à l’aide de la poudre de racines de jacinthes d’eauExample 20. Epoxidation with ash from the extraction of Mn using powder from the roots of water hyacinths
L’époxydation des alcènes peut également être facilement réalisée à partir des cendres issues de l’extraction du Mn à l’aide de la poudre de racines de jacinthes d’eau en presence d un cooxydant tel que l’eau oxygénée. La méthode peut être avantageusement comparée aux méthodes de la littérature. Le procédé est simple puisqu’il s’agit d’une valorisation directe des cendres.Epoxidation of alkenes can also be easily achieved from the ash from Mn extraction using water hyacinth root powder in the presence of a cooxidant such as hydrogen peroxide. The method can be advantageously compared to the methods of the literature. The process is simple since it is a direct recovery of the ashes.
Aucune activation n’a été effectuée.No activation was performed.
L’obtention facile du di-époxyde de limonène est très intéressante, car il s’agit d’une molécule qui peut remplacer l’épichlorhydrine, sans avoir les inconvénients de sa toxicité.The easy production of limonene di-epoxide is very interesting, because it is a molecule that can replace epichlorohydrin, without having the drawbacks of its toxicity.
Mode opératoire général :General operating mode:
NaHCO3(l,5 g ; 18 mmol ; 5 éq), les cendres enrichies en Mn dérivées de la poudre de racines de jacinthe d’eau (0.071 g ; 0,02 mmol ; 0,005 éq de Mn ; Mn dans les cendres = 1,79 %), le mélange DMF/H2O (1/1) (3,3 mL) et le styrène (0,413 mL ; 3,6 mmol ; 1 éq) sont ajoutés dans un ballon de 25 mL à 30°C à l’air. Après 10 minutes d’agitation, H2O2 30% (3,3 mL ; 36 mmol ; 10 éq) est ajouté goutte à goutte en 2h au mélange réactionnel à 30°C à l’air. L’agitation est maintenue encore 30 min, puis la réaction est refroidie à température ambiante. Le produit est extrait avec du dichlorométhane et analysé en GC MS.NaHCO3 (1.5 g; 18 mmol; 5 eq), Mn enriched ash derived from water hyacinth root powder (0.071 g; 0.02 mmol; 0.005 eq of Mn; Mn in ash = 1 , 79%), the DMF / H 2 O mixture (1/1) (3.3 mL) and the styrene (0.413 mL; 3.6 mmol; 1 eq) are added in a 25 mL flask at 30 ° C in the air. After 10 minutes of stirring, 30% H 2 O 2 (3.3 mL; 36 mmol; 10 eq) is added dropwise over 2 h to the reaction mixture at 30 ° C. in air. Stirring is continued for a further 30 min, then the reaction is cooled to room temperature. The product is extracted with dichloromethane and analyzed in GC MS.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1752822 | 2017-03-31 | ||
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OA19377A true OA19377A (en) | 2020-07-31 |
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