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RÉSUMÉ
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
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Rénal BACKOV : Professeur des universités - Enseignant-chercheur de l'université de Bordeaux. Recherche effectuée au centre de recherche Paul Pascal, UPR-CNRS 8641
INTRODUCTION
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
Modern societies are confronted to an increasing requirement of bio-fuels resources not of fossil origin. Biodiesels, obtained by transesterification of trimesters, are offering a real alternative. Transesterification can be catalyzed by enzymes such as lipases. We present the synthesis and use of enzyme-based macrocellular foams operating in continuous flow conditions. These monolithic biohybrid catalysts present several advantages, confinment of the enzymes, low steric hindrance, optimized mass transport, a rather simplicity in regard of the column in-situ synthetic path. Those features, concerning enzyme-based catalyzed transesterification, high enzymatic activity addressed with unprecedented endurance of continuous catalysis.
Catalyse hétérogène, matériaux poreux, enzymes, biodiesel, chimie intégrative, émulsions
Heterogeneous catalysis, porous materials, enzymes, biodiesel, integrative chemistry, biliquid foams
Domaine : catalyse
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Chimie intégrative ; fluides complexes ; chimie sol-gel ; biotechnologies enzymatiques
Domaines d'application : Catalyse hétérogène ; biocarburants
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Industries et Agro Ressources (AIR) ;
Centres de compétence : CRPP (Bordeaux) ; ISM (Bordeaux) ; LISBP (Toulouse), LCMBA (Nice), Collège de France (Paris)
Industriels : Diester Industrie (France)
Autres acteurs dans le monde : ADM Biodiesel (Allemagne), Biopetrol Industries (Suisse)
Contact : [email protected]
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4. Perspectives et évolutions
Tout d'abord sur un plan académique, les morphosynthèses de ces biocatalyseurs résultent d'une intégration entre physico-chimie des fluides complexes (les émulsions), les sciences chimiques (le procédé sol-gel) et les biotechnologies (les systèmes enzymatiques), mettant en avant le formidable atout que représente la chimie intégrative [RE 105] pour le design rationnel de matériaux fonctionnels avancés. En particulier, l'utilisation de Si(HIPE) biohybrides pour la catalyse verte en flux continu apparait prometteuse. En effet, au-delà d'une élaboration relativement simple et peu coûteuse (élimination de l'étape de calcination, fonctionnalisation sous flux continu, utilisation d'une enzyme brute, etc.) et d'une conservation de l'intégrité des matériaux biohybrides, une diminution de 40 % de l'activité enzymatique sur près de deux mois est obtenue pour une réaction d'estérification, mais également pour la transestérification (génération de biodiesel) d'une huile brute. En outre, une versatilité des systèmes, via les biocatalyseurs immobilisés (lipases extraites de deux souches distinctes), via le milieu réactionnel utilisé (heptane seul ou saturé en eau), via les réactions ciblées (estérification et transestérification), ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIVAGE (J.) - Vers une chimie écologique. Quand l'air et l'eau remplacent le pétrole. - Journal Le Monde, 26 oct. 1977.
-
(2) - ANASTAS (P.T.), WARNER (J.C.) - Green chemistry theory and practice. - Oxford University Press, New York (1998).
-
(3) - CARN (F.), COLIN (A.), ACHARD (M.-F.), DELEUZE (H.), SELLIER (E.), BIROT (M.), BACKOV (R.) - Inorganic monoliths hierarchically textured via concentrated direct emulsion and micellar template. - Journal of Materials Chemistry, 14, p. 1370-1376 (2004).
-
(4) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), OESTREICHER (V.), BACKOV (R.) - Enzyme-based hybrid macroporous foams as highly efficient biocatalysts obtained through integrative chemistry. - Chemistry of Materials, 22, p. 4555-4562 (2010).
-
(5) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), LAURENT (G.), BIROT (M.), DELEUZE (H.), BACKOV (R.) - Enzyme-based biohybrid foams designed for continuous flow heterogeneous catalysis and biodiesel production. - Energy and Environmental Science, 4,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Monolithes inorganiques obtenus par chimie sol-gel en milieu confiné : mousses et « macro-empreintes » COLIN (A.) et BACKOV (R.) Brevet français 2003, no de dépôt FR03-03774. Extension Internationale, 2004 : PCT/FR04/01811. FR 2852947, WO 2004087610 (Preparation of zeolites with hierarchical structure)
Catalyseurs supportés enzymatiques hybrides macrocellulaires et applications. BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2009, no de dépôt FR 09-54634. Extension Internationale 2010 : PCT/FR10/051413. FR 2947564, WO 2011004111 (Immobilization of enzymes on porous silicates )
Catalyseur enzymatique hétérogène, procédé de préparation et utilisation pour la catalyse enzymatique en flux continu. BRUN (N.), DELEUZE (H.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2010, no de dépot FR10-56099. Extension internationale 2011 : PCT/FR11/051785. FR 2963021, WO 2012022882 (Preparation of heterogeneous enzyme-coupled silica matrix as catalyst support for use in continuous flow hydrolysis or esterification of fatty acid triglycerides).
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