Un groupe de chercheurs du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie a découvert un moyen de convertir un sous-produit courant du processus de fabrication du papier en précurseurs chimiques précieux pour la fabrication du nylon. Le procédé est beaucoup plus respectueux de l'environnement en termes de solvant(s) utilisé(s) et d'apports énergétiques que d'autres méthodes et fournit une alternative utile à la combustion des déchets de la réduction en pâte.

La lignine kraft (de l'allemand qui signifie force) est un déchet majeur de l'industrie du papier, s'élevant à environ 50 millions de tonnes par an. Cette lignine résiduelle est généralement brûlée pour produire de la chaleur, cependant, 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 raisonnables (200 °C) produit du gaïacol. Le guaiacol peut ensuite être converti en précurseurs de nylon dans des conditions encore plus douces à l'aide de catalyseurs appropriés, créant ainsi un nouveau processus viable en deux étapes pour produire des produits chimiques importants à partir de la lignine.

"Nous avons constaté 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, " dit Igor Ralentissement, Scientifique du laboratoire Ames et chercheur principal. « Nous avons pu produire du gaïacol avec une grande sélectivité (> 80%) dans une quantité totale de monomère de 13% sur la base de l'apport de lignine.

L'équipe a utilisé une série de techniques, notamment une suite d'expériences avancées de solution et de résonance magnétique nucléaire (RMN) à l'état solide, spectrométrie de masse et modèles de réactions pour déterminer que le gaïacol a été généré principalement par le clivage des liaisons β-0-4 dans la structure originale de la lignine. Le clivage de ce type de liaison nécessite souvent des conditions de réaction sévères, ce qui conduit souvent à des réactions secondaires indésirables qui entraînent la formation de chars intraitables."

Le gaïacol dérivé de la lignine Kraft a ensuite été converti en précurseur de nylon Ketone Alcohol ou en huile KA, en utilisant un catalyseur Ru/C sous 1 bar H2. L'utilisation d'une faible pression d'H2 s'est avérée critique pour assurer une sélectivité totale à l'huile KA, sans formation du sous-produit méthoxy-cyclohexanol indésirable. Surtout, la désactivation du catalyseur Ru/C observée dans le traitement direct de la lignine, a été évité 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 produits chimiques à valeur ajoutée à forte demande, " a déclaré Slowing. " Nous envisageons ce processus comme une voie à faible énergie qui laisse les oligomères restants disponibles pour le traitement en aval en d'autres produits chimiques dans une raffinerie intégrée pour les déchets de lignine Kraft. "

La recherche a été détaillée dans le journal de la Royal Society of Chemistry Chimie verte , Conversion en deux étapes de la lignine Kraft en précurseurs de nylon dans des conditions douces.