Production et estérification catalytiques de solutions aqueuses d’acide lactique

Catalytic production and esterification of aqueous solution of lactic acid

• Auteur / Autrice : Van Chuc Nguyen
• Direction : Nadine Essayem, Pascal Fongarland, Thi Thu Ha Vu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse. Génie chimique
• Date : Soutenance le 17/07/2017
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Viện hóa hoc công Nghiêp (Viet-Nam)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Van Sung Tran
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dinh Lam Nguyen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Van Sung Tran, Capucine Dupont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellulose

Lewis, Acides de

Lactique, Acide

Biomasse

Mots clés libres

Biomasse

Acide lactique

Acides de Lewis solides

Esterification

Cellulose

Biomass

Lactic acid

Solid Lewis acids

Esterification

Cellulose

Résumé

Cette thèse porte sur la production d'acide lactique par conversion de la biomasse lignocellulosique catalysée par des acides de Lewis solides dans l'eau puis l'estérification d'acide lactique aqueux avec de l'éthanol. La conversion de la cellulose est étudiée en autoclave, en utilisant comme catalyseurs, de la zircone et de l'alumine contenant du W ou Sn (ZrW, AlSn) et différents hydroxydes métalliques. L'étude de la conversion de la cellulose en acide lactique en présence de ZrW non calcinée, ZrW calcinée, Zr(OH)4 et ZrO2, montre que la phase active du catalyseur est constituée de Zr4+, les centres acides de Lewis et de groupes hydroxyles. Les performances catalytiques des catalyseurs AlSn, préparés à partir de chlorure d'étain comme précurseur, dépendent fortement de la présence résiduelle de chlorure, ce qui favorise la formation d'acide lévulinique. Les hydroxydes de certains métaux de transition se sont révélés être des catalyseurs solides efficaces pour la conversion de la cellulose en acide lactique. Il a été observé que le rendement en acide lactique dépend de la concentration et de la basicité des groupes OH superficiels des hydroxydes de métaux de transition et de la présence de sites acides de Lewis. L'estérification de l'acide lactique, à différentes concentrations en l'eau, a été étudiée en présence d'Amberlyst 15, de charbon sulfoné et d'oxyde de graphène pour étudier l'activité et la tolérance à l'eau de catalyseurs solides acides à base de carbone. Il est montré, par calorimétrie d'adsorption d'ammoniac, que l'oxyde de graphène présente des sites superacides et qu'il conduit à la plus grande activité et tolérance à l'eau. L'augmentation de la teneur en eau montre un fort effet inhibiteur sur l'activité du charbon sulfoné alors que d'Amberlyst 15 et l'oxyde de graphène sont plus tolérants. Les catalyseurs ne sont pas stables dans des conditions d'estérification, en présence d'eau

This thesis reports the synthesis of lactic acid from lignocellulosic biomass catalyzed by solid Lewis acid catalysts in water and then esterification of aqueous lactic acid solutions with ethanol. The cellulose conversion was tested in autoclave, in hot water, using zirconia and alumina containing W or Sn (ZrW, AlSn) and different solid metal hydroxides. The conversion of cellulose to lactic acid using uncalcined ZrW, calcined ZrW, Zr(OH)4 and ZrO2 shows that the active surface of the catalyst consists of Zr4+ Lewis centers and OH groups. The catalytic performances of AlSn catalysts, prepared from Sn chloride as precursors, strongly depend on the residual amount of chloride which favors the formation of levulinic acid. Some hydroxides of transition metals were disclosed as efficient solid catalysts for the conversion of cellulose to lactic acid. The yield of lactic acid was observed to depend on the concentration and the basicity of the superficial OH groups and on the presence of Lewis acid sites. The esterification of lactic acid, at different concentrations in water, was studied using Amberlyst 15, sulfonated carbon and graphene oxide to evaluate the activities and water tolerance of carbon based solid catalysts. Graphene oxide, shown by calorimetry of NH3 adsorption to exhibit super-acid sites, leads the highest activity and water tolerance. Increasing amounts of water has a strong inhibiting effect on the activity of sulfonated carbon and less influence on activity of Amberlyst 15 and graphene oxide. However, all catalysts were not stable in esterification conditions, in presence of water