Ozonation des lignocelluloses : réactivité et identification de sous-produits de réaction

par Bruno Ferron

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-Philippe Croué.

Soutenue en 1994

à Poitiers , en partenariat avec École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (autre partenaire) .

mots clés

• Sciences appliquees
• Physicochimie des polymeres
• Lignocellulose
• Nk
• Cellulose
• Nk
• Hemicellulose
• Nk
• Lignine
• Ozonation
• Reactivite chimique
• Produit reaction
• Lignocellulosics
• Nk
• Cellulose
• Nk
• Hemicellulose
• Nk
• Lignin
• Ozonization
• Chemical reactivity
• Reaction product
• Molécules -- Modèles
• Maïs -- Applications industrielles
• Hydroxyle
• Hydrolyse

Résumé

Ces travaux ont eu pour principaux objectifs d'evaluer l'impact de l'ozone sur la structure des lignocelluloses et d'identifier les sous-produits formes par voie moleculaire ou radicalaire. Les demandes en ozone moleculaire de quatre molecules modeles (l'alcool coniferylique et les acides para-coumarique, ferolique et sinapique), sont identiques et voisines de 2 mol/mol. La disparition complete de ces composes lors d'une ozonation a ph 12 necessite une dose d'ozone de l'ordre de 12 mol/mol. Cette grande difference met en evidence le caractere moins selectif des radicaux hydroxyle, compare a l'ozone moleculaire, vis-a-vis de ces structures. L'analyse par couplage cg/sm des differents extraits obtenus et l'analyse quantitative de deux sous-produits formes (vanilline et acide vanillique) ont permis de montrer que l'attaque initiale de l'ozone moleculaire sur ces structures se produit preferentiellement sur la liaison ethylenique et conduit a la formation du derive benzaldehydique correspondant. L'augmentation du taux d'ozonation conduit a la formation de structures furaniques. Un mecanisme reactionnel a ete propose. Des experiences realisees sur un materiau lignocellulosique naturel: la tige de mais, ont montre qu'une ozonation menee sur un materiau humidifie a un taux compris entre 50 et 80% offre des rendements maxima en terme d'ozone consomme et de cod libere. L'etude de la repartition des trois fractions lignine/cellulose/hemicelluloses du materiau a mis en evidence qu'une ozonation moleculaire favorise une attaque preferentielle de la lignine alors que les radicaux hydroxyle semblent attaquer indifferemment la lignine et les hemicelluloses. La cellulose parait peu degradee dans les deux cas. La matiere organique solubilisee ne represente que 5 a 15% de la structure initiale suivant la dose d'ozone et le mode d'ozonation appliques. L'ozonation a ph acide de la tige de mais conduit a la formation de nombreux composes aromatiques et a la production d'aldehydes, d'alcools, de cetones et d'acides. L'ozonation a ph basique conduit a la formation majoritaire d'acides organiques. L'hydrolyse basique permet la liberation de nombreuses structures aromatiques. Pour de forts taux d'ozone, les sous-produits d'ozonation de l'hydrolysat basique sont principalement des alcools, des cetones et des acides

Titre traduit

Ozonation of lignocelluloses: reactivity and identification of by-products

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