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Un groupe de chercheurs du laboratoire Ames du ministère américain de l’Énergie, a découvert un moyen de convertir un sous-produit courant du processus de fabrication du papier, en précieux précurseurs chimiques pour la fabrication du nylon. Ce procédé est beaucoup plus respectueux de l’environnement en matière de solvant utilisé, et d’apport énergétique que les autres méthodes, et constitue une alternative utile à la combustion des déchets de la fabrication de la pâte à papier.

Un procédé plus respectueux de l’environnement 

La lignine kraft (de l’allemand signifiant force) est un des principaux déchets de l’industrie papetière, représentant environ 50 millions de tonnes par an. Cette lignine résiduelle est généralement brûlée pour produire de la chaleur, mais ce processus libère également du dioxyde de carbone dans l’environnement.
Les chercheurs du laboratoire Ames ont découvert que le traitement de cette lignine, avec de l’hydroxyde de sodium aqueux à des températures de 200 °C, produit du gaïacol. Le gaïacol peut ensuite être transformé en précurseurs de nylon dans des conditions encore plus douces, en utilisant des catalyseurs appropriés – créant ainsi un nouveau procédé viable en deux étapes pour produire des produits chimiques importants à partir de la lignine.
« Nous avons découvert que la lignine Kraft était dépolymérisée dans une solution alcaline diluée à une température relativement basse (200 °C) dans un environnement de pression d’azote ambiante », a déclaré Igor Slowing, scientifique du laboratoire Ames et chercheur principal. « Nous avons pu produire du gaïacol avec une forte sélectivité (>80 %) dans une quantité totale de monomères de 13 % par rapport à l’apport de lignine.
L’équipe a utilisé une série de techniques, dont une série d’expériences avancées de solution et de résonance magnétique nucléaire (RMN) à l’état solide, la spectrométrie de masse et des modèles de réaction, pour déterminer que le gaïacol était principalement généré par clivage des liaisons β-O-4 dans la structure originale de la lignine. Le clivage de ce type de liaison nécessite souvent des conditions de réaction extrêmes, qui conduisent souvent à des réactions secondaires indésirables, qui entraînent la formation de matières insolubles ».

Le gaïacol est converti en un précurseur de nylon

Le gaïacol dérivé de la lignine Kraft a ensuite été converti en un précurseur de nylon, l’alcool cétonique ou huile KA, en utilisant un catalyseur Ru/C sous 1 bar H2. L’utilisation d’une faible pression de H2 s’est avérée essentielle pour assurer la pleine sélectivité de l’huile KA, sans formation du sous-produit indésirable qu’est le méthoxy-cyclohexanol. Il est important de noter que la désactivation du catalyseur Ru/C observée dans ce traitement de la lignine, a été évitée dans la procédure en deux étapes.
« Ce processus en deux étapes offre une nouvelle option pour l’utilisation de la lignine, dans la production de substances chimiques à forte demande et à valeur ajoutée », a déclaré M. Slowing. « Nous envisageons ce processus comme une voie à faible consommation d’énergie, qui laisse les oligomères restants disponibles pour un traitement en aval, en d’autres produits chimiques dans une raffinerie intégrée pour les déchets de la lignine Kraft ».
Cette recherche a été publiée dans Green Chemistry.
Source : Ames Laboratory
Crédit photo sur Unsplash : Artem Labunsky