Correspondence Between Structure and Reactivity During Hydrothermal Conversion of Lignocellulosic Macromolecules Relation entre la structure ét la réactivité en conversion hydrothermale des macromolécules de lignocellulosique

Abstract

In this study, reaction pathway of a woody biomass under hydrothermal conditions is investigated in order to further understand reactions that occur during the thermochemical liquefaction of a lignocellulosic biomass. A multitechnique analytical approach combining chromatographic and spectroscopic techniques has been developed in order to characterize both chemical structure and molecular weight of the products. From our experiments, we can assume that the holocellulosic and the ligneous fractions of biomass have different reactivity under hydrothermal condition. Although hydrothermal conversion of holocellulose and lignin occur both according to a complex pathway composed of competitive fragmentation and condensation reactions, holocellulose reacts first by total fragmentation to low molecular weight compounds followed by the condensation of the fragment to heavy molecular weight compounds, whereas lignin reacts essentially by partial depolymerisation. Since compounds produced from both the holocellulosic and the ligneous fraction are together in the reaction medium then they condense each other during the conversion of lignocellulosic material. Ce travail porte sur l’étude des voies réactionnelles accompagnant la liquéfaction thermochimique du bois et de ses constituants lignocellulosiques lors d’un traitement hydrothermal. Pour ce faire, une approche analytique multi-technique originale combinant des méthodes chromatographiques et spectroscopiques complémentaires a été développée afin de caractériser les structures et les masses moléculaires des produits. Les résultats obtenus montrent que la fraction holocellulosique et la fraction ligneuse de la biomasse ont des réactivités très différentes. Bien que les deux matériaux réagissent selon des schémas réactionnels complexes faisant intervenir de nombreuses voies de fragmentation et de condensation compétitives, la fraction holocellulosique réagit par une première étape de fragmentation suivie de la condensation des fragments générés alors que la lignine réagit principalement par dépolymérisation partielle. Au cours de la liquéfaction de la biomasse lignocellulosique, les composés provenant de la transformation des fractions holocellulosique et ligneuse se trouvent en contact les uns avec les autres dans le milieu hydrothermal et réagissent ensemble pour former des produits de condensation.