La conversion sélective du CO2 et du H2 en produits chimiques et carburants de valeur constitue une voie prometteuse pour le recyclage du carbone. Plusieurs voies ont été développées pour l’hydrogénation du CO2 en méthanol, alcools supérieurs, éther diméthylique (DME), aromatiques, hydrocarbures et oléfines. Parmi ces produits, le DME est intéressant car il est non toxique et non corrosif et a été utilisé comme produit chimique de plate-forme dans l’industrie, comme support pour l’hydrogène et comme additif pour les carburants.
Une série de catalyseurs a été synthétisée pour l’hydrogénation directe du CO2 en DME via une catalyse en cascade impliquant la synthèse du méthanol et la condensation du méthanol en DME sur un catalyseur en cuivre supporté. Cependant, une sélectivité élevée du DME n’a été obtenue qu’avec une faible conversion du CO2, ce qui a entraîné une faible productivité en un seul passage.
Lorsque la conversion du CO2 augmentait, d’abondants sous-produits de CO, de méthanol et d’hydrocarbures étaient produits. Une tendance récente est la conversion du CO2 en DME sur des catalyseurs bifonctionnels, tels que les nanoparticules de cuivre supportées par un oxyde d’acide, mais leurs performances sont encore insatisfaisantes. De plus, les nanoparticules de cuivre étaient frittées lors de la catalyse, ce qui entraînait une mauvaise durabilité.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par les professeurs Feng-Shou Xiao et Liang Wang de l’Université du Zhejiang, en Chine, a surmonté ces limitations en développant un catalyseur de nanoparticules de cuivre hautement actif, sélectif et durable pour convertir le CO2 en DME. Ceci a été réalisé en chargeant des nanoparticules de Cu sur des supports de silice hydrophobes et modifiés au Ga. La silice modifiée au Ga a fourni une acidité modérée pour la déshydratation du méthanol en DME, ce qui a empêché une déshydratation profonde en hydrocarbures.
Il est important de noter que la surface hydrophobe du catalyseur empêche efficacement le frittage des nanoparticules de Cu, généralement déclenché par l’eau et le méthanol. Par conséquent, dans les conditions de réaction suivantes (6 000 mL gcat–1·h–1, 3 MPa, 240 °C), la conversion du CO2 de 9,7 %, les sélectivités du DME et du méthanol de 59,3 % et 28,4 % et la sélectivité du CO de seulement 11,3 % ont été obtenus. Lors d’une évaluation continue pendant 100 h, les performances ont été bien maintenues sans aucune tendance à la désactivation, surpassant les catalyseurs de Cu généralement supportés.
La recherche est publié dans le Journal chinois de catalyse.
Plus d’information:
Hangjie Li et al, Hydrogénation sélective du CO2 en éther diméthylique sur des catalyseurs en cuivre hydrophobes et modifiés au gallium, Journal chinois de catalyse (2023). DOI : 10.1016/S1872-2067(23)64535-8