Solvants ioniques ésotériques : conception, caractérisation et développement durable

Sélection prédictive par COSMO-RS et expérimentale des liquides ioniques pour l'extraction de lipides de micro-algues vertes sous irradiation ultrasonore.

Les liquides ioniques (ILs) et les solvants eutectiques profonds (DES) sont dotés de capacités uniques qui en font des solvants alternatifs prometteurs aux solvants moléculaires classiques en synthèse organique, catalyse, électrochimie, séparation des métaux, séparation des gaz, traitement de la biomasse, chimie de l’environnement, tribologie et dispositifs de stockage d'énergie, etc. Ils présentent en effet des propriétés remarquables comme une polarité élevée, une volatilité négligeable, une stabilité thermique élevée, une conductivité ionique élevée, un point de fusion bas et une conception structurelle qui permet d’ajuster leurs propriétés physicochimiques et les rendre spécifiques à des applications difficiles où les liquides moléculaires ne peuvent pas être utilisés. Les DES tendent à remplacer les ILs en raison de leur facilité de préparation, leur caractère non toxique et moindre coût par rapport aux ILs mais les deux familles continuent d’être un champs d’exploration R&D très intense. 

La modularité structurelle et physicochimiques de ces deux familles a été exploitée en développant de nouveaux composés ioniques par des modifications structurelles adéquates pour les utiliser dans des applications environnementales au sein du LRP. Sachant que d'innombrables ILs et DES peuvent être générés par la combinaison d'une grande variété de précurseurs disponibles, rendant d’autant la sélection judicieuse des ILs/DES aléatoire, des méthodes de simulation et de prédiction thermodynamique numériques, en particulier COSMO-RS, ont été utilisées pour présélectionner des ILs/DES offrant des interactions potentielles (liaisons H, interactions intermoléculaires VdW, etc.) avec les polluants cibles, ces modèles étant par la suite validés expérimentalement^1-4. Cette approche a permis d’utiliser avec succès des ILs et DES pour l’extraction séparative de polluants organiques persistants par voie liquide/liquide ou par adsorption sur des matériaux hybrides organiques/inorganiques par imprégnation des ILs/DES sur des supports minéraux hôtes comme des carbones activés ou de la silice. Cependant, polluer et remédier par la suite en développant des méthodologies de remédiation environnementale n’est pas la meilleure des solutions pour tacler la pollution à son origine pour accéder à une société plus durable. Ainsi, en parallèle de ce travail de remédiation environnementale par les solvants ioniques ésotériques seuls ou hybridés, des méthodologies durables de synthèse de matériaux et molécules de grande consommation comme les plastiques ou les carburants sont développées en valorisant des déchets non comestibles de la biomasse^5-6. Dans cet axe récent de recherche, les DES et les ILs peuvent être utilisés comme solvants, catalyseurs, additif, etc

Références

1.  H. Hizzadin et al., Separation, 2022
2. O. Ben Ghanem et al., Fuel, 2023
3. N. Ali et al., Environnemental Technology and Innovation, 2020
4. L. El Blidi et al., Journal of Chemical and Engineering Data, 2019
5. B. Moreno-Caballero et al., Journal of Chemical and Engineering Data, 2022
6. S. Bouzidi et al., ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 2024