Valorisation de la lignine par catalyse hétérogčne en phase aqueuse : vers un procédé continu
Résumé
La matičre lignocellulosique est identifiée comme une source alternative dénergie et de production de composés chimiques, non compétitive ŕ la filičre alimentaire. Il existe différents procédés permettant d'obtenir la cellulose, la lignine et l'hémicellulose avec des rendements et des puretés relativement élevés [1]. Si l'utilisation de la cellulose dans l'industrie papetičre est déjŕ bien établie, la valorisation de la lignine et des hémicelluloses est essentielle pour améliorer la rentabilité des bioraffineries. Dans cette étude, on s'est ainsi focalisé sur la valorisation catalytique de la lignine en phase aqueuse ŕ laide de catalyseur hétérogčne ŕ base de platine sur différents supports (Al2O3, C, mousse de SiC). Le but final est de favoriser la dépolymérisation de la lignine en synthons directement utilisable aprčs séparation et purification, ou/et fragmenter la lignine en petits oligomčres pour des usages en tant quadditifs, tout en minimisant la formation de char. Loriginalité de ce travail est de réaliser une étude cinétique de la conversion de la lignine en réacteur continu de type lit fixe triphasique contrairement ŕ la majorité des études de la littérature. Cette approche permet détudier la stabilité du catalyseur dans des conditions hydrothermales [2]. Le défi est grand en raison de problčmes de moussage ou de formation de char parfois rencontrés. L'étude a été réalisée sous 40-80 bar et de 150 ŕ 275°C sous atmosphčre inerte (N2) ou hydrogénante (H2). Une lignine Kraft alcaline commerciale a été utilisée étant trčs soluble dans leau. Un protocole en plusieurs étapes permet de quantifier la perte de lignine et le rendement en différentes fractions doligomčres ou monomčres (par GC, TOC, HPLC-ESI-APCI). Nous avons dabord étudié la dépolymérisation de la lignine sans catalyseur en conditions hydrothermales, (voir Figure 1) entre 150 et 225 °C. Une forte formation de char a été observée pour les températures de 250 et 275° C obstruant totalement le lit du réacteur. Lajout de catalyseur de Pt/Al2O3 permet daugmenter la conversion de 25 ŕ 40%. Néanmoins, les espčces formées sont instables et la lignine a tendance ŕ repolymériser (voir figure 2). L'influence du support et de sa morphologie, de la stabilité des catalyseurs, de la charge en lignine, du temps de séjour et de la température seront présentés. Les mécanismes entre contribution homogčne et catalytique et les limitations observées seront discutés ainsi que le rôle réel du catalyseur hétérogčne dans ce type dapplication. [1] Hu, F. & Ragauskas, A. Pretreatment and Lignocellulosic Chemistry. Bioenerg. Res. 5, 10431066 (2012) [2] Jongerius, A. L. et al. Stability of Pt/?-Al2O3 Catalysts in Lignin and Lignin Model Compound Solutions under Liquid Phase Reforming Reaction Conditions. ACS Catalysis 3, 464473 (2013).