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          Last update : February 12, 2013
Pure cellulose production from kraft pulp by an environmentally friendly process using catalysed hydrogen peroxide

Production de celluloses pures à partir de pâte à papier par un procédé propre au peroxyde d’hydrogène catalysé


Satyajit Das

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on December 17, 2012
Thèse soutenue le 17 Décembre 2012

LGP2

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Abstract

   


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The aim of the thesis was to develop a process for "green" pure cellulose production obtained from hardwood kraft pulp.

The proposed treatment includes a first step of hot-acidolysis for reducing the content of hexenuronic acids and transition metallic cations (Cu, Fe, Mn) in the pulp. The second step is the pulp delignification using alkaline hydrogen peroxide catalyzed by the Cu-phenanthroline complex. The presence of the catalyst improves the delignification efficiency since alcohol functions carried by the lignin macromolecule in position of the aliphatic chain are selectively oxidized.

To eliminate residual hemicelluloses, it is proposed to carry out a cold caustic extraction. Finally, the last unsaturated impurities are degraded by pulp ozonation. After the full sequence of treatments, the chemical composition of the produced cellulose is similar to that of market pure celluloses (for textile or plastic uses), in line with the objectives. The addition of the catalyst reduces the polymerization degree of cellulose. It thus makes it possible to adjust the value of the cellulose DP according to the targeted applications.

 

Résumé

L'objectif de la thèse était de mettre au point un procédé "vert" d'obtention de cellulose pure à partir d'une pâte cellulosique papetière kraft de bois feuillus.

Le traitement proposé comprend une première étape d'acidolyse à chaud permettant de réduire la teneur de la pâte en acides hexénuroniques et en cations des métaux lourds de transition (Cu, Fe, Mn). La deuxième étape est une délignification par le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin catalysé par le complexe cu-phénanthroline. Ce dernier accroît l'efficacité du traitement en oxydant sélectivement les fonctions OH alcool portées par la macromolécule de lignine en position des chaînes propanes. Pour éliminer les hémicelluloses résiduelles, il est proposé de réaliser une extraction de la pâte par une solution d'hydroxyde de sodium.

Enfin, les dernières impuretés insaturées sont dégradées par une ozonation de la pâte. L'application de cette séquence de traitements conduit à une cellulose dont la pureté est conforme aux objectifs (cellulose pour usage textile ou plastique). L'addition du catalyseur réduit le degré de polymérisation de la cellulose. Sa présence permet donc de moduler la valeur du DP de la cellulose en fonction des applications visées.

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