Procédés à Membrane innovants pour une production durable en Chimie fine – MemChem

A l’échelle industrielle, les procédés de séparations représentent de 40% à 70% des coûts de production (hors matières premières) et contribuent à hauteur de 45% à la consommation énergétique nécessaire à l’élaboration d’un produit dans le secteur de la chimie fine. Parmi ces opérations conventionnelles, citons :
- l’extraction liquide-liquide qui utilise des volumes importants de solvants organiques générant des composés organiques volatils. Une telle extraction est généralement suivie soit d’une précipitation qui peut conduire à l’inactivation de certains composés pendant le changement de phase soit par une distillation fortement énergivore et par essence peu adaptée aux molécules thermosensibles comme peuvent l’être certaines molécules d’origine renouvelable.
- la chromatographie (plus rarement) qui est efficace mais implique généralement une étape de re-concentration consommatrice d’énergie.
Ces opérations sont de fait éloignées des principes de la “ Chimie Verte ”.

L’ambition de MemChem est de contribuer à l’évolution de grands procédés industriels grâce à la mise en œuvre de procédés de séparation éco-compatibles.

Le projet MemChem étudie principalement l’intégration de la nanofiltration organique (OSN) dans le procédé d’hydroformylation des oléfines. Cette technique séparative à température ambiante et sans changement d’état est une alternative innovante aux opérations industrielles énergivores que sont les cascades d’extraction liquide-liquide et de distillation évoquées ci-dessus. Outre la réduction de la teneur en métal dans les produits, l'OSN permettra le recyclage des composés onéreux : catalyseur au rhodium et ligands libres indispensables à la réaction.

Cette étude sera abordée sous différents angles :

a) ingénierie moléculaire autour du catalyseur d’hydroformylation et optimisation de réacteurs batch privilégiant les réactions sans solvant, afin d’améliorer la sélectivité et la productivité de la réaction catalytique et la séparation par OSN

b) modification de membranes commerciales par activation plasma froid et dépôt de polyélectrolytes, pour améliorer les performances des membranes en termes de flux et sélectivité des séparations

c) mise en œuvre de l'OSN utilisant des membranes commerciales, dans le but d’identifier les paramètres de fonctionnement pertinents (vitesse de recirculation tangentielle, facteur de concentration, pression transmembranaire, …) pour obtenir les séparations ciblées. Au besoin des cascades de membranes seront proposées pour pallier les performances insuffisantes des membranes utilisées en une seule étape.

Le projet s’inscrit dans l’axe “ chimie durable ”, et contribuera au défi “ stimuler le renouveau industriel ” en développant une approche originale qui sera transposable à d’autres réactions catalysées par des complexes organométalliques solubles.

Pour évaluer les possibles transpositions/généralisations issues de l’étude de l’hydroformylation, une seconde réaction (métathèse des oléfines) sera plus ponctuellement étudiée. Dans les deux cas, les substrats utilisés seront d’origine renouvelable.