Technologies chimiques pour la valorisation des résidus industriels (H/F)

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Description du sujet de thèse

Pour illustrer comment des méthodologies innovantes peuvent être appliqués en synthèse, ce projet de thèse doctorale vise la valorisation des déchets industriels liés à l’industrie agroalimentaire et aux pesticides grâce à la conception de nouveaux matériaux catalytiques à base de métaux avec de surfaces actives importantes, incluant des métaux abondants (e.g. Cu, Fe, Ni, Co).
Le développement de ce projet comporte l’élaboration de nanomatériaux pour des applications en catalyse dans un cadre de développement de processus durables via l’optimisation des différents paramètres (nature des précurseurs métalliques, concentration, température, additifs) avec un intérêt particulier sur la nature du stabilisant (polymère, ligand) et également du support. Notamment, les nano-catalyseurs immobilisés en phase liquide seront préparés dans des solvants présentant pressions de vapeur négligeables et à faible impact environnemental (tels que le glycérol et dérivés ou les liquides ioniques à base de choline), afin d’immobiliser les espèces métalliques et d’éviter ainsi leur lixiviation, permettant de les stabiliser sans désactivation.[1] En plus, des stratégies d’hétérogénéisation des catalyseurs sur des supports solides sont aussi envisagées avec l’objectif d’augmenter leur réutilisation de manière efficace et également étudier la synergie catalyseur-support.[2] Les nouveaux matériaux catalytiques seront caractérisés en solution et à l’état solide par un large éventail de techniques de caractérisation structurale (TEM, HR-TEM, XPS, XRD, IR, ICP, analyse élémentaire…).
Ces nano-catalyseurs seront appliqués dans des processus où les matières premières proviendront des déchets industriels, en particulier matières grasses issues du secteur agroalimentaire et le lindane, un insecticide organochloré hautement toxique stocké en grandes quantités, nécessitant d’une valorisation vers des produits à valeur ajoutée. Dans la cadre de cette thèse, le but est de concevoir des processus à haute économie d’atomes et d’énergie par voie catalytique, augmentant la cinétique des réactions et permettant ainsi de travailler à des températures modérées. Pour ce faire, les systèmes catalytiques préparés seront utilisés dans des processus multi-étapes en cascade, comportant l’activation des liaisons C-Cl (réactions de couplage) et hydrogénations[3],[4] pour la production des produits à valeur ajoutée, comme les amines et alcools gras. Des techniques analytiques seront employées pour l’évaluation des réactions catalytiques (GC, HPLC, MS, NMR).
Ce projet fait partie du réseau européen TRIPyr (financé par le programme Interreg-POCTEFA), où des autres étudiants (doctorants et post-docs) des différents laboratoires y seront impliqués (ICIQ, Tarragone), ainsi que d’entreprises (SAPOVAL, Toulouse) et centres technologiques de France (MEPI, Toulouse) et Espagne (AIN, Navarre). Ce cadre offrira au/à la candidat/e un environnement multidisciplinaire, à la fois académique et industriel, avec la possibilité de réaliser des séjours courts dans des autres laboratoires du réseau et participer activement aux différentes réunions et activités planifiées au long de ces trois ans de thèse, incluant la vulgarisation grâce au partenaire du réseau (ECOCENE, Pau) qui sera en charge des aspects de communication.
Références
[1] a) I. Favier, D. Pla, M. Gómez, Chem. Rev. 2020, 120, 1146; b) T. Dang-Bao, D. Pla, I. Favier, M. Gómez, Catalysts 2017, 7, 207.
[2] T. A. G. Duarte, I. Favier, C. Pradel, L. M. D. R. S. Martins, A. P. Carvalho, D. Pla, M. Gómez, ChemCatChem, doi: 10.1002/cctc.201902305.
[3] A. Reina, I. Favier, C. Pradel, M. Gómez, Adv. Synth. Catal. 2018, 360, 3544.
[4] a) T. Dang-Bao, C. Pradel, I. Favier, M. Gómez, ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2, 1033; b) T. Dang-Bao, C. Pradel, I. Favier, M. Gómez, Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 2832.

Contexte de travail

Le LHFA (http://lhfa.cnrs.fr/index.php/en/), appartenant à l’Ecole Doctorale Sciences de la Matière (http://www.edsdm.ups-tlse.fr/), est un laboratoire mixte du Centre National de la Recherche Scientifique et de l’Université Toulouse 3 – Paul Sabatier (UMR 5069) à Toulouse (France), constitué de 5 équipes de recherche (16 chercheurs et enseignants-chercheurs, 9 ingénieurs techniques et personnels administratifs; ca.40 doctorants, post-doctorants et étudiants en master par an). Les activités de recherche sont centrées sur la chimie moléculaire des éléments du bloc p, avec des actions transversales dans les domaines de la chimie organométallique, nanoparticules métalliques, catalyse et polymères, incluant des études mécanistiques. L’équipe de recherche SYMAC, dirigé par M. Gómez et travaillant sur le design de (nano)catalyseurs à base de métaux pour des procédés innovants, s’intéresse à l’application de matériaux catalytiques impliquant un large panel de transformations, en particulier procédés multi-étapes sous conditions one-pot (processus séquentiels, tandem). Ces dernières années, nous nous sommes intéressés aux solvants autres que les solvants organiques classiques, avec le souci de travailler sous des conditions « homogènes » dans un milieu qui puisse permettre la stabilisation des espèces métalliques et leur immobilisation (liquides ioniques, glycérol) et en conséquence un recyclage aisé de la phase catalytique. Egalement, nous développons des supports fonctionnalisés originaux, capables d’immobiliser des nanoaprticules métalliques. La compréhension de la réactivité observée est au coeur de nos recherches, nous conduisant à des études mécanistiques approfondies au travers de suivis réactionnels par différentes techniques (ReactIR, NMR, EPR, SAXS)
Le LHFA offre un cadre très dynamique et international (ca. 40% d’étudiants étrangers), avec des recherches de pointe. Les différentes équipes ont des collaborations académiques (inter)nationales et éagalement industrielles. Le LHFA participe à l’organisation des congrès (inter)nationaux ainsi que Ecoles d’Ete, ainsi qu’ diverses activités de vulgarisation.

Contraintes et risques

Pour la réalisation de ce travail de thèse, il n’y a pas de risques ou contraintes particulières, autres que les classiques d’un laboratoire expérimental de synthèse et catalyse. Des formations de sécurité génerales et spécifiques au travail à développer sont mises en place.

Informations complémentaires

Ce programme de doctorat s’adresse à des étudiant(e)s hautement qualifié(e)s avec un intérêt enthousiaste pour la conception et développement de processus durables, comportant des études fondamentales et allant jusqu’aux applications. Les étudiant(e)s devront avoir des connaissances solides en chimie organique et chimie inorganique, avec une bonne maitrise des techniques spectroscopiques; des connaissances en chimie des matériaux seront appréciées.

URL Courte :
https://bit.ly/34kdAVJ