Etude de l’impact de l’autohydrolyse sur les constituants du bois et sur le déroulement du procédé de production de cellulose pure

Study of the impact of autohydrolysis on wood components and on delignification processes to produce pure cellulose

• Auteur / Autrice : Hélène Curmi
• Direction : Christine Chirat, Dominique Lachenal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Soutenance le 04/12/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble, Isère, France ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble, Isère, France ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Pinel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dmitry Evtyugin, José Carlos Del Rio
• DOI : 10.70675/06c62b3dz7c16z42b0z8b2cz4f917e0a1dca

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellulose

Lignine

Mots clés libres

Cellulose pure

Procédés de blanchiment sans chlore

Autohydrolyse

Procédés de délignification sans soufre

Lignine

Pure cellulose

Lignin

Sustainable bleaching

Autohydrolysis

Sulfur-Free delignification processes

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet d’envergure visant à transformer une usine de production de fibres cellulosiques en une bioraffinerie intégrée par l’ajout d’une étape préliminaire d’autohydrolyse permettant le retrait des hémicelluloses du bois de feuillus en vue de leur valorisation. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’impact de l’autohydrolyse, d’une part, sur les constituants du bois et d’autre part, sur la mise en œuvre du procédé de production de cellulose à partir des copeaux de bois prétraités. Différentes techniques d’analyse ont été mises en œuvre pour caractériser la lignine, qui ont montré que l’autohydrolyse dépolymérise la lignine ce qui conduit à une augmentation de la teneur en groupements phénoliques libres. D’autre part, il a été montré que la part de lignine impliquée dans les complexes lignine-hydrates de carbone est diminuée par l’autohydrolyse. La lignine devrait ainsi être plus facile à éliminer lors des procédés de délignification ultérieurs. Une nouvelle technique de RMN-DNP a également été utilisée pour analyser la structure des composants directement à l’intérieur du bois sans risquer de les altérer par une extraction préalable.L’étude de l’aptitude à la délignification des copeaux traités par autohydrolyse a en effet confirmé que la délignification et le blanchiment des fibres produites sont facilités, à tel point que le procédé kraft (utilisant de la soude et du sulfure de sodium) utilisé habituellement pour extraire les fibres de cellulose du bois, pourrait être remplacé par un procédé utilisant de la soude seule. Ceci présenterait le double avantage de réduire les nuisances olfactives du procédé grâce à l’absence de composé soufré, et de faciliter le fonctionnement de la chaudière utilisée pour produire de l’énergie et régénérer les réactifs de délignification. De plus l’étude du blanchiment de ces fibres a montré qu’un procédé plus durable, utilisant des composés non chlorés (oxygène, ozone et peroxyde d’hydrogène) pourra être utilisé, en remplacement du blanchiment utilisant du dioxyde de chlore. Enfin, l’évaluation des propriétés des fibres cellulosiques ainsi produites a permis de conclure qu’elles conviendraient pour une application de type viscose : haute pureté de la cellulose, degré de polymérisation adéquat, très hauts niveaux de blancheur et très bonnes stabilités de blancheur.

This study is a part of a large project which aim is to convert a pulp mill into a fully integrated biorefinery by adding an autohydrolysis step to remove and valorize hemicelluloses prior to cooking. This thesis’s goal is to study the impact of adding an autohydrolysis step on wood components and on the subsequent delignification and bleaching processes applied to this wood to produce pure cellulose. Wood components were analyzed before and after autohydrolysis. In particular it was shown that autohydrolysis increases the amount of free phenolic groups, and lowers the involvement of lignin in lignin carbohydrates complexes. A new NMR method using Dynamic Nuclear Polarization was performed directly on milled wood to look at wood components structure without extraction’s steps to avoid chemical modifications.The second part describes the test of pulp processes (alkaline cooking, oxygen delignification and bleaching) on autohydrolysed wood chips. It showed that the addition of this autohydrolysis step improves delignification during cooking to such an extent that soda cooking alone is possible and efficient. Oxygen delignification was also improved. Two bleaching sequences with or without chlorinated compounds (ECF and TCF) were applied and compared, and it was concluded that sustainable bleaching without any chlorinated reagents is feasible. Finally, evaluation of bleached pulp properties demonstrated that viscose application can be targeted. Indeed, pulp had high purity cellulose content, adequate degree and high brightness and brightness stability.