Synthesis and Shaping of Functionalized Microporous Materials for the Catalytic Transformation of Monosaccharides - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Synthesis and Shaping of Functionalized Microporous Materials for the Catalytic Transformation of Monosaccharides

Synthèse et mise en forme de matériaux microporeux fonctionnalisés pour la transformation catalytique des monosaccharides

Résumé

Biomass valorization is a process of converting different types of plants and residual wastes into high-value chemicals and energies carriers. Zeolites and Metal-Organic Frameworks (MOFs) have attracted a great deal of interest as solid catalysts owing to their developed chemical properties as well as large available surface areas. A further functionalization can tune their intrinsic acid-base properties to boost their catalytic performance in a given reaction. Such tailoring mostly implies framework functionalization in MOFs and isomorphous substitution in zeolites. However, both processes are accompanied with several challenges associated with the realization and characterization of such-modified solids. In this regard, a series of framework functionalization was performed on UiO-66 to produce UiO-66-SO3H, UiO-66-COOH, UiO-66-NH2 and UiO-66-OH MOFs. On the other hand, isomorphous substitution in a [Si,Al]-MFI type zeolite was conducted in order to replace Al by Zr atoms to make [Si,Zr]-MFI zeolitic solids. Thus-formed solids were exposed to a detailed characterization on structural, textural and chemical properties and eventually applied as solid catalysts. Thus, UiO-66-SO3H demonstrated superior performance in fructose dehydration to 5-hydroxymethylfurfural due to its pronounced Brønsted acid properties making it the best catalyst with respect to other tested solids. Subsequently, this was followed by upscaling of its small-scale synthesis and shaping by extrusion. At the same time, [Si,Zr]-MFI showed the highest activity in glucose isomerization to fructose as compared to other solids owing to its basic features.
La valorisation de la biomasse inclus les processus de conversion de différents types de plantes et de déchets végétaux en produits chimiques et biocarburants à haute valeur ajoutée. Les zéolithes et une classe récente de matériaux appelés Metal-Organic Frameworks (MOFs) ont suscité un grand intérêt en tant que catalyseurs solides en raison de leurs propriétés chimiques développées ainsi que de leurs grandes surfaces spécifiques. Une modification spécifique peut moduler leurs propriétés acido-basiques afin d’améliorer leurs performances catalytiques dans une réaction donnée. De telles modifications impliquent notamment une fonctionnalisation du réseau des MOFs, ou une substitution isomorphe dans la charpente de la zéolithe. Cependant, les deux procédés sont accompagnés de plusieurs difficultés associées à la réalisation et à la caractérisation des solides ainsi modifiés. À cet égard, différentes fonctionnalisations chimiques ont été réalisées sur la phase UiO-66 pour produire des matériaux UiO-66-SO3H, UiO-66-COOH, UiO-66-NH2 et UiO-66-OH. D'autre part, une substitution isomorphe dans une zéolithe de type [Si,Al]-MFI a été réalisée afin de remplacer les atomes Al par des atomes Zr pour fabriquer des solides zéolithiques de type [Si,Zr]-MFI. Les solides ainsi formés ont été caractérisés pour obtenir une description détaillée des propriétés structurales, texturales et chimiques, et finalement ont été appliqués en tant que catalyseurs. Parmi les solides testés, l’UiO-66-SO3H a démontré des performances supérieures pour la déshydratation du fructose en 5-hydroxyméthylfurfural, en raison de ses propriétés acides Brønsted prononcées. À cet égard, une synthèse à grande échelle de l’UiO-66-SO3H a été réalisée suivi de sa mise en forme par le procédé d’extrusion. D’autre part, [Si,Zr]-MFI a montré l'activité la plus élevée pour l’isomérisation du glucose en fructose par rapport aux autres solides testés en raison de ses propriétés basiques.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04144002 , version 1 (28-06-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04144002 , version 1

Citer

Bakytzhan Yeskendir. Synthesis and Shaping of Functionalized Microporous Materials for the Catalytic Transformation of Monosaccharides. Material chemistry. Université Polytechnique Hauts-de-France, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPHF0023⟩. ⟨tel-04144002⟩
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