Conception d'un catalyseur pour la transformation du glucose en acide lactique dans un réacteur à lit fluidisé

L’industrie laitière canadienne produit 1,6 milliards de litres par année de perméats de lactosérum, un déchet liquide composé à 5 % de lactose. Ce courant liquide est une source de sucres de biomasse considérable qui peuvent être convertis en acide lactique, le monomère de l’acide polylactique, un biopolymère dont le marché est en pleine croissance. Une étude techno-économique réalisée en 2021 sur un procédé catalytique de transformation de monosaccharides issus des perméats de lactosérum conclut qu’un tel procédé est potentiellement plus rentable qu’un procédé biotechnologique typique. La presque totalité des études portant sur la catalyse des sucres de biomasse en acide lactique a été réalisée en mode batch. Le développement d’un catalyseur utilisable en réacteur continu, ici un réacteur à lit fluidisé, est donc la prochaine étape pour le développement d’un procédé catalytique pour la transformation des sucres de biomasse en acide lactique. Les études antérieures sur la catalyse des sucres vers l’acide lactique pointent vers les zéolites Beta commerciaux fonctionnalisés comme étant le type de catalyseur le plus prometteur. Une méthode de synthèse en deux étapes a été développée pour avoir des catalyseurs fonctionnalisés et fluidisables. D’abord, des zéolites Beta sont partiellement déaluminés via un traitement à l’acide nitrique concentré à 100 ◦C durant 24 h. Une étude plus approfondie a identifié la température du bain d’acide comme la variable ayant le plus d’impact sur la déalumination. Malgré l’optimisation des paramètres du traitement de déalumination, le taux d’aluminium dans la structure mesuré par XRF diminue seulement de 14,7 %, probablement à cause d’une séparation déficiente du Al(OH)3 retiré de la structure du zéolite. Du Sn ou du Zn sont par la suite greffés aux sites vacants par imprégnation en milieu liquide, qui résulte en une distribution uniforme des métaux dans le zéolite sans formation d’espèces métalliques extra-structurelles. Les zéolites sont ensuite inclus dans un gel de synthèse contenant des billes de gel de silice, un oxyde de Al, Sn ou Zn, du NaOH, des sels alcalins et du TEAOH qui sert d’agent liant. Le gel formé est séché par pulvérisation, ce qui greffe les zéolites et l’oxyde métallique sur les billes de silice. Le résultat est un catalyseur possédant des sites actifs dans la structure microporeuse des zéolites ainsi que dans les oxydes métalliques à la surface du gel de silice. Les particules de catalyseurs synthétisées se classent dans le groupe A de Geldart, ce qui en fait une poudre qui fluidise bien.