La synthèse des MOFs passe à l’ère industrielle

Les MOFs – metallic organic framework – présentent des capacités bien supérieures à celles des charbons actifs ou des zéolithes. Mais la plupart d’entre eux, en raison de leur structure hybride organique / inorganique sont instables. C’est l’un des obstacles majeurs à leur industrialisation ou à leur utilisation de manière courante. C’est pourquoi, les partenaires du projet ProDIA se sont intéressés plus particulièrement aux MOFs de la famille UiO-66 à base de zirconium. En effet, brevetés par le CNRS et l’Université d’Oslo, ils présentent une très bonne stabilité thermique, chimique et mécanique et ne posent pas de problème de toxicité. Les chercheurs ont réussi à trouver une voie de synthèse qui permet une production à l’échelle industrielle à des coûts raisonnables. Pour cela ils ont trouvé des matières premières facilement disponibles, à la fois sûres pour la production et non toxiques lors de la fabrication et de l’emploi. Le procédé final fourni des composés très purs en milieu aqueux, sans utilisation de solvants organiques et sans sels. C’est Axel’One, la plate-forme d’innovation collaborative dédiée au secteur chimie-environnement à Lyon, qui a validé le process de cette synthèse sur une ligne pilote préindustrielle. Le projet a permis de produire, avec un rendement de 95 %, un lot pilote de 150 kg d’une poudre cristalline qui peut être extrudée sous forme de pastilles sans perte de propriétés poreuses.

Des produits compétitifs

De ces recherches est née une start-up, MOFapps, qui commercialise maintenant des adsorbants MOFs à base de zirconium pour la purification de l’air, notamment sous forme de cartouches pour des masques de protection individuelle contre l’ammoniac. Ces cartouches présentent des temps d’utilisation doublés par rapports aux autres cartouches du marché.

Le second procédé proposé par ces chercheurs concerne la synthèse par atomisation du MOF « HKUST-1 », un MOF à base de cuivre. L’outil d’atomisation est un pilote, unique en Europe, hébergé par Axel’One : 10,5 mètres de hauteur, la possibilité de fonctionner en atmosphère contrôlée sous azote, il permet de pulvériser des gouttelettes du mélange des réactifs sous forme aqueuse à haute vitesse pour former et sécher dans un même temps le solide nanoporeux. Il a notamment permis la fabrication d’un premier lot de 30 kg de poudre de grande pureté en quelques heures avec un rendement supérieur à 95 %. Cet essai à l’échelle semi-industrielle permet, là encore, d’envisager une production de 300kg/jour en continu à un prix compétitif comparé aux zéolithes ou aux charbons actifs.