Torréfaction de la biomasse lignocellulosique dans les liquides ioniques: Analyse comparative par spectroscopies de surface

Abstract

Torrefaction is a thermal pretreatment used to improve the physicochemical properties of lignocellulosic biomass prior to its thermochemical conversion. In this study, aspen wood imbued with a hydrophilic ionic liquid (1-ethyl-3-methyl imidazolium trifluoromethanesulfonate) was torrefied, and the properties of the solid product were compared to those from conventional dry torrefaction. The solid products were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy X (XPS), photoelectron energy loss spectroscopy (ESCALOSS), and X-ray excited Auger electron spectroscopy X (XAES) in order to study the biomass surface modifications due to ionic-liquid torrefaction in comparison to dry torrefaction. The results obtained show that ionic liquids led to lignin degradation while dry torrefaction mostly affected the carbon-rich extractives. Lignin degradation was monitored using ESCALOSS and XAES techniques, which unveiled reduction in sp 2 hybridized carbon forms. Finally, ionic-liquid assisted torrefaction of the main biomass components, i.e., lignin, cellulose and hemicellulose, treated individually, showed a decrease in their O/C ratio in line with improved hydrophobicity and robustness against moisture uptake by the torrefied products. The diversity of trends revealed by our surface analysis study during the torrefaction of bare or ionic-liquid-impregnated wood, especially by means of ESCALOSS and XAES, requires the pursuit of research in order to describe more in-depth the physicochemical processes involved during torrefaction.La torr efaction est un proc ed e de pr etraitement servant à am eliorer les propri et es physicochimiques de la biomasse lignocellulosique pr ec edant sa conversion thermochimique. Dans cette etude, des echantillons de bois du type peuplier faux-tremble ont et e torr efi es selon deux modes : par torr efaction sèche conventionnelle et par impr egnation avec un liquide ionique hydrophile (1-ethyl-3-m ethyl imidazolium trifluorom ethanesulfonate) suivie d'une torr efaction. Les produits solides de torr efaction ont et e caract eris es au moyen de la spectroscopie des photo electrons X, de la spectroscopie des pertes d' energie des photo electrons (ESCALOSS) et de la spectrom etrie des electrons Auger induits par rayons X (XAES) afin de d eterminer les modifications chimiques de surface induites par ces deux modes de torr efaction. Les r esultats ont montr e que la torr efaction des echantillons de bois dans un liquide ionique contribue à la d egradation de la lignine alors que la torr efaction sèche entraîne la suppression partielle des extractibles riches en carbone. La d egradation de la lignine a egalement et e suivie par ESCALOSS et XAES qui ont r ev el e une diminution de la contribution de carbones hybrid es sp 2 . Enfin, l'utilisation de liquide ionique pour la torr efaction des principaux composants de bois (h emicellulose, cellulose et lignine), pris individuellement, a montr e qu'il y a une diminution du rapport O/C sugg erant que les produits solides torr efi es dans les liquides ionique...

Traitement solvothermique superficiel de la biomasse lignocellulosique dans les liquides ioniques–hygroscopicité, morphologie et propriétés mécaniques

“…Dans ces conditions, lors de l'utilisation d'un liquide ionique hydrophobe, la diminution de la température et l'augmentation du temps de traitement du bois contribuent à réduire le gonflement du bois par rapport au bois traité à une température plus élevée. Il est à noter que le rôle d'une pré‐imprégnation de liquide ionique sur la torréfaction de la biomasse lignocellulosique, notamment en terme de baisse d'hygroscopicité, a été récemment corroboré dans une étude détaillée par spectroscopies de surface des produits solides de torréfaction caractérisés au moyen de la spectroscopie des photoélectrons X, de la spectroscopie des pertes d'énergie des photoélectrons et de la spectrométrie des électrons Auger induits par rayons X . Ces techniques ont aidé à comprendre les modifications chimiques de surface induites par ce nouveau mode de torréfaction en comparant la réponse de composants modèles (hémicellulose, cellulose et lignine) à celle d'un échantillon réel de bois.…”

“…Il est à noter que le rôle d'une préimprégnation de liquide ionique sur la torréfaction de la biomasse lignocellulosique, notamment en terme de baisse d'hygroscopicité, a été récemment corroboré dans une étude détaillée par spectroscopies de surface des produits solides de torréfaction caractérisés au moyen de la spectroscopie des photoélectrons X, de la spectroscopie des pertes d'énergie des photoélectrons et de la spectrométrie des électrons Auger induits par rayons X. [41] Ces techniques ont aidé à comprendre les modifications chimiques de surface induites par ce nouveau mode de torréfaction en comparant la réponse de composants modèles (hémicellulose, cellulose et lignine) à celle d'un échantillon réel de bois. Ainsi, l'utilisation de liquide ionique pour la torréfaction des principaux composants de bois, pris individuellement, a montré qu'il y a une diminution du rapport O/C suggérant que les produits solides torréfiés dans les liquides ioniques sont aptes à développer un caractère hydrophobe et une robustesse contre la reprise d'humidité avantageux.…”