Couplage raffinage, traitements chimiques et enzymatiques pour une meilleure purification et dissolution de la cellulose
Auteur / Autrice : | Gloria Ifunanya Ngene |
Direction : | Jean-Claude Roux, Dominique Lachenal |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique des fluides, procédés, énergétique |
Date : | Soutenance le 11/03/2022 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 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 ; 1995-....) |
Jury : | Président / Présidente : Gérard Mortha |
Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Grelier | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Angels Pèlach Serra, Pierre-Yves Pontalier |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Dans cette étude, le raffinage mécanique a été utilisé en association avec une extraction caustique à froid et des traitements à la xylanase. Cela a été fait pour augmenter l'accessibilité des agents chimiques et enzymatiques dans les régions difficiles à atteindre de la fibre pour une extraction plus complète du xylane et améliorer la réactivité de la pâte pour sa dissolution. La première partie a examiné les changements morphologiques résultant du raffinage mécanique avec trois technologies différentes (pile Valley, PFI et raffineur à disques pilote) et l'impact sur l'élimination des hémicelluloses lors de la réalisation des traitements CCE et xylanase. Nous avons trouvé une corrélation entre la modification des fibres induite par le raffinage, soit l'augmentation de la valeur de rétention d'eau (WRV), l’accroissement de la surface spécifique, le raccourcissement des fibres, la génération de fines et les performances CCE. À une concentration de soude de 100 g/L, l'élimination du xylane pour pâte raffinée dans la pile Valley, le PFI et le raffineur à disques était de 84 %, 82 % et 79 %, respectivement. Ceci correspond à 3,3 %, 3,6 % et 4,3 % de xylane résiduel dans la pâte extraite, à partir de 20 % dans la pâte à papier de référence. Environ 50 % de plus de xylane pourrait être extrait de la pâte raffinée par rapport à la pâte non raffinée. En termes de mise à l'échelle, il a été montré que, bien que les performances des raffineurs de laboratoire soient supérieures à celles des raffineurs industriels, la différence était marginale. Par conséquent, les risques associés à la mise à l'échelle seraient minimes dans ce processus. Afin d'améliorer encore les performances d'extraction du CCE, certaines stratégies ont donc été examinées dans la deuxième partie de cette étude. La première consistait à réaliser un raffinage/CCE simultané sur la pile Valley et les raffineurs PFI. La réponse du xylane résiduel dans la pâte au raffinage simultané / CCE était déjà élevée à 60 g/L NaOH, en particulier pour la pile Valley avec une réduction du xylane de 79% et une de 61% pour le PFI contre 68% lorsque le raffinage était effectué avant le CCE. Dans la troisième partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence du traitement d'élimination des hémicelluloses sur la réactivité de la pâte résultante.La réactivité des pâtes extraites a été évaluée sur la base du degré de gonflement dans NaOH et d'une solution diluée de cupriéthylène diamine (CUEN), la solubilité dans 8 % de NaOH à -10 °C et la réactivité de Fock. Le résultat obtenu a montré que les stratégies d'élimination des hémicelluloses qui incluaient le raffinage mécanique conduisaient à une meilleure réactivité de la pâte que la pâte non raffinée. Le meilleur résultat a été obtenu avec une pâte raffinée extraite à la soude 6% (pas de cellulose II). De plus, nous avons obtenu une réactivité de Fock allant de 60 à 70 % qui dépassait celle obtenue pour le kraft de préhydrolyse. Les bonnes corrélations trouvées entre le gonflement de la pâte, la solubilité dans la soude caustique et la réactivité de Fock suggèrent que le fastidieux test de Fock pourrait être remplacé par des mesures beaucoup plus simples de gonflement et de solubilité. Dans la dernière partie de cette étude, les xylanes ont été récupérés du traitement des pâtes brutes et raffinées après CCE à des concentrations de 6 % et 10. Le DPn moyen variait de 70 à 177. Le DP du xylane extrait de la pâte à papier après raffinage présentait une valeur plus élevée que pour la pâte non raffinée. Enfin, les résultats montrent que la production de pâte à dissoudre à partir de pâte kraft blanchie de feuillus conventionnelle est réalisable avec l'utilisation des technologies existantes. Cela représente un avantage majeur puisqu'une usine de pâte kraft peut choisir de passer facilement de la pâte à papier à la production de pâte à dissoudre et vice versa, selon les conditions du marché.