Valorisation du pré-hydrolysat provenant des usines de pâte dissoute kraft

Dans la première partie de ce projet, la faisabilité de concentrer le pré-hydrolysat à l'aide de l'ultrafiltration et de la nano-filtration en utilisant une solution de pré-hydrolysat qui a été générée dans une usine pilote de FPInnovations a été étudiée. L'effet de la porosité de la membrane (100, 10 et 1 kDa) et des facteurs de concentration (5 et 10) sur le taux de solide, le temps de filtration, le pourcentage de rétention des sucres et de la lignine, le taux d'extraction de la lignine, le poids moléculaire et la distribution du poids moléculaire de la lignine a été aussi étudié. Les résultats ont démontré que la membrane la plus serrée (1 kDa) permet d'obtenir le taux de récupération le plus élevé et la meilleure qualité de lignine. La deuxième phase de cette étude a été consacrée à étudier l'effet de l'acidité, la durée de coagulation et la température de filtration sur la quantité et la qualité de la lignine obtenue. Pour concentrer le pré-hydrolysat, la nanofiltration a été utilisée sous les conditions suivantes: la membrane ayant une porosité de 1 kDa, un facteur de concentration de 5, une température de 60 °C et une pression de 30 bars. Pour extraire la lignine du pré-hydrolysat, les meilleures conditions obtenues sont les suivantes: (a) une température de filtration de 40 °C, (b) une concentration en acide sulfurique de 8.5 g/L, et (c) un temps de coagulation de 180 min. En utilisant ces conditions, la lignine extraite présente un faible pourcentage d'impuretés (8.3%), un faible poids moléculaire (1270 Da), une homogénéité très élevée (Mw/Mn=1.22), un taux de filtration élevé (2608 L/(m2 .h)) et un bon rendement de récupération de la lignine (52% de la lignine initiale). Dans la troisième partie du travail, la conversion chimique du xylose et des hémicelluloses en furfural a été évaluée. Pour répondre à la première question de l'hypothèse qui consiste à étudier l'effet de la séparation instantanée du furfural sur son rendement de production et sa pureté, un réacteur Parr permettant d'extraire le furfural produit dans la phase aqueuse aussi vite qu'il est formé et de l'acheminer vers la phase vapeur a été utilisé. Cette dernière est rapidement refroidie à l'aide d'un système de condensation qui a été ajouté au réacteur de production du furfural. Dans la deuxième partie de l'hypothèse qui consiste à étudier l'effet du temps de l'addition de l'acide sur le rendement de la production du furfural, un système d'injection qui permet d'ajouter l'acide au milieu réactionnel lorsque la température désirée est atteinte a été ajouté au dispositif expérimental, ce qui minimise la durée d'exposition du furfural aux réactions secondaire durant le chauffage du milieu réactionnel. Des solutions synthétiques de xylose et des solutions de pré-hydrolysat produites par extraction à l'eau ont été utilisées dans cette phase du projet. L'effet de la température de conversion, la concentration en acide sulfurique, la concentration des sucres, ainsi que l'utilisation de certains sels et l'extraction de la lignine sur le rendement de la production du furfural a été evalué. Dans les conditions optimales (température: 240˚C, acide sulfurique: 3.6 g/L), Le rendement obtenu est de 64% et 77.6% pour les solutions synthétiques de xylose et les solutions de pré-hydrolysat respectivement, comparativement à un rendement de seulement 50% obtenu au niveau industriel. Sous les mêmes conditions une génération d'une quantité considérable d'acide acétique (7.2 g/L de pré-hydrolysat) a été obtenue. Les résultats montrent aussi que la concentration des sucres et la présence de la lignine ont un effet négatif sur le rendement de la production du furfural. Dans la quatrième partie, une comparaison de la production de furfural à partir de deux pré-hydrolysats: 1) un pré-hydrolysat produit par extraction à l'eau (PHLW) et 2) un pré-hydrolysat produit par extraction à l'aide d'une solution de dioxyde de souffre (PHLS) (0.5%) a été réalisée. Les résultats montrent que l'utilisation du PHLS permet d'obtenir le rendement le plus élevé. Un rendement de 83% a été obtenu avec le PHLS comparativement au 77.6% pour le PHLW et au 50% obtenu au niveau industriel.