R´ eduction de l’impact environnemental du blanchiment au peroxyde d’hydrog` en

R´ eduction de l’impact environnemental du blanchiment au peroxyde d’hydrog` ene en milieu alcalin des pˆ ates m´ ecaniques Liliane Savoye To cite this version: Liliane Savoye. R´ eduction de l’impact environnemental du blanchiment au peroxyde d’hydrog` ene en milieu alcalin des pˆ ates m´ ecaniques. Autre. Universit´ e de Grenoble, 2011. Fran¸ cais. <NNT : 2011GRENA015>. <tel-00695054> HAL Id: tel-00695054 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00695054 Submitted on 7 May 2012 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. 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Robert LANOUETTE Professeur, Université du Québec à Trois-Rivières, Canada, Rapporteur M. Hervé GALLARD Professeur, Université de Poitiers, Rapporteur M. Christophe CALAIS Responsable Développement Procédés, Arkema, Examinateur Mme Sylvie GUITTONNEAU Professeur, Université de Savoie, Le Bourget-du-Lac Mme Valérie MEYER Chef de projet, Centre Technique du Papier, Grenoble REMERCIEMENTS Ce travail a été réalisé au Centre Technique du Papier en collaboration avec l’Université de Savoie dans le cadre d’une thèse sous convention CIFRE. Je tiens tout d’abord à remercier Mme Valérie Meyer, ma co-directrice de thèse, qui m’a encadré durant ces trois années. Elle a su me faire profiter de son expérience et de ses compétences professionnelles ce qui a été une aide précieuse pour l’achèvement de ce travail. Je désire lui témoigner toute ma reconnaissance pour la confiance qu’elle m’a accordée et je souhaite que ce travail soit à la hauteur de ses espérances. Merci à M. Michel Petit-Conil, Directeur de l’unité InTechFibre du Centre Technique du Papier, de m’avoir accueilli au sein de son équipe. J’exprime ma profonde reconnaissance à Mme Sylvie Guittonneau, ma directrice de thèse, pour avoir assuré l’encadrement de ce travail. De plus, je tiens à lui exprimer toute ma gratitude pour sa gentillesse et pour l’aide qu’elle m’a apporté au cours de ces travaux. Son intérêt, sa disponibilité n’ont été d’un grand profit. Je suis également reconnaissante à M. Emmanuel Naffrechoux, professeur à l’Université de Savoie, de m’avoir fait l’honneur de présider le jury. Mes remerciements s’adressent également à M. Robert Lanouette, professeur à l’Université du Québec à Trois-Rivières, Canada et à M. Hervé Gallard, professeur à l’Université de Poitiers, pour avoir accepté d’être rapporteurs du jury. Je remercie aussi M. Christophe Calais de m’avoir fait bénéficier de ses connaissances du domaine industriel tout au long de mes travaux et d’avoir consenti à être examinateur de mon jury. Je tiens à remercier tout particulièrement mes parents, ma sœur et Anthony pour le soutien qu’ils m’ont apporté pendant ces trois années à Grenoble. Je ne saurai pas oublier, Mlle Carole Lambert, ma stagiaire qui a contribué à ce travail. Un merci très spécial à toute l’équipe de l’unité InTechfibre du Centre Technique du Papier : Audrey, Michaël, Sandra, Arthur, François, Kiki, Holy, Marta, Adrien, Céline, Sylvain, Christelle, Elena et Frédérique. Mes plus chaleureux remerciements s’adressent également, à toutes les personnes du Laboratoire de Chimie Moléculaire et Environnement de l’Université de Savoie. En espérant n’avoir oublié personne. SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE ....................................................................... 1 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE......................................................................... 5 I. Le bois et ses constituants ............................................................................... 5 I.1. Composition chimique du bois....................................................................... 5 I.1.1. La cellulose .................................................................................................................... 5 I.1.2. Les hémicelluloses......................................................................................................... 6 I.1.3. Les pectines ................................................................................................................... 8 I.1.4. La lignine........................................................................................................................ 8 I.1.5. Les matières extractibles ............................................................................................. 11 I.1.5.a. Les composés hydrophiles ............................................................................... 11 I.1.5.b. Les composés lipophiles................................................................................... 11 I.1.6. Les composés inorganiques ........................................................................................ 13 I.2. Association entre les constituants du bois ................................................... 13 I.2.1. Les liaisons covalentes ................................................................................................ 13 I.2.2. Les liaisons non-covalentes......................................................................................... 14 II. Procédés de fabrication des pâtes à papier ................................................. 14 II.1. Les procédés de mise en pâte.................................................................... 15 II.1.1. Les procédés chimiques ............................................................................................. 15 II.1.1.a. Les procédés acides........................................................................................ 15 II.1.1.b. Les procédés alcalins ...................................................................................... 15 II.1.2. Les procédés mécaniques .......................................................................................... 16 II.1.3. Les procédés mi-chimiques ........................................................................................ 17 II.2. Le blanchiment des pâtes à papier ............................................................. 17 II.2.1. Blanchiment des pâtes chimiques .............................................................................. 17 II.2.2. Blanchiment des pâtes mécaniques ........................................................................... 19 III. Blanchiment au peroxyde d’hydrogène des pâtes à haut rendement....... 19 III.1. Le peroxyde d’hydrogène .......................................................................... 19 III.2. L’utilisation du peroxyde d’hydrogène en milieu alcalin ............................. 20 III.3. La décomposition du peroxyde d’hydrogène ............................................. 21 III.4. La stabilisation du peroxyde d’hydrogène.................................................. 22 III.5. La chimie du blanchiment au peroxyde d’hydrogène................................. 23 III.5.1. Les groupements chromophoriques de la lignine...................................................... 23 III.5.2. Les mécanismes réactionnels mis en jeu au cours du blanchiment au peroxyde d’hydrogène .......................................................................................................................... 24 III.5.2.a. Les modifications structurales de la lignine .................................................... 24 III.5.2.b. L’élimination des chromophores..................................................................... 26 III.5.2.c. La formation de nouveaux chromophores ...................................................... 29 III.5.2.d. L’action du peroxyde d’hydrogène sur les poly-saccharides en milieu alcalin33 III.5.3. La réversion de blancheur des pâtes mécaniques .................................................... 35 III.6. Optimisation du blanchiment au peroxyde d’hydrogène des pâtes mécaniques ....................................................................................................... 35 III.6.1. Nature de l’essence de bois....................................................................................... 35 III.6.2. Procédé de mise en pâte ........................................................................................... 36 III.6.3. Prétraitement de la pâte avant blanchiment .............................................................. 37 III.6.4. La charge en peroxyde d’hydrogène ......................................................................... 38 III.6.5. L’alcalinité .................................................................................................................. 38 III.6.6. Les additifs................................................................................................................. 39 III.6.7. La consistance en pâte .............................................................................................. 40 III.6.8. La température et le temps de réaction ..................................................................... 41 III.6.9. Le nombre de stades de blanchiment........................................................................ 41 III.7. Propriétés physiques des pâtes mécaniques............................................. 42 III.7.1. Développement des propriétés physiques lors de la mise en pâte ........................... 42 III.7.2. Développement des propriétés physiques lors du blanchiment au peroxyde d’hydrogène .......................................................................................................................... 43 III.8. Qualité des effluents de blanchiment......................................................... 43 III.8.1. Composition des substances dissoutes et colloïdales............................................... 44 III.8.2. L’impact des substances dissoutes et colloïdales sur le fonctionnement de la machine à papier................................................................................................................... 46 III.8.3. La toxicité des substances dissoutes et colloïdales .................................................. 46 III.8.4. L’impact environnemental des effluents de blanchiment au peroxyde d’hydrogène . 47 IV. Le traitement des effluents papetiers .......................................................... 47 IV.1. Le prétraitement ........................................................................................ 48 IV.2. Le traitement primaire................................................................................ 49 IV.3. Le traitement secondaire........................................................................... 49 IV.4. Le traitement tertiaire................................................................................. 50 IV.5. L’efficacité du traitement d’un effluent papetier ......................................... 50 IV.6. La législation relative aux rejets de l’industrie papetière............................ 51 V. Les sources alternatives d’alcalinité............................................................. 52 V.1. Les sources potentielles d’alcali faible........................................................ 52 V.1.1. Le carbonate de sodium et l’hydrogénocarbonate de sodium ................................... 52 V.1.2. L’hydroxyde de calcium et l’oxyde de calcium ........................................................... 53 V.1.3. L’oxyde de magnésium............................................................................................... 53 V.1.4. Le carbonate de magnésium ...................................................................................... 54 V.1.5. Synthèse sur ces sources alternatives d’alcalinité..................................................... 54 V.2. L’hydroxyde de magnésium, la principale source d’alcali faible ................. 55 V.2.1. Impact de la pureté et de la granulométrie de l’hydroxyde de magnésium................ 55 V.2.2. Impact des conditions de blanchiment ....................................................................... 56 V.2.2.a. Augmentation du temps de réaction et de la température .............................. 56 V.2.2.b. Diminution de la charge d’alcali (Mg(OH)2 vs NaOH) ..................................... 57 V.2.2.c. Réduction de la charge de silicate de sodium................................................. 57 V.2.3. Ralentissement de la cinétique de blanchiment......................................................... 58 V.2.4. La blancheur............................................................................................................... 59 V.2.4.a. Impact de la substitution totale de la source d’alcali conventionnelle par l’hydroxyde de magnésium ........................................................................................... 59 V.2.4.b. Impact de la substitution partielle.................................................................... 60 V.2.5. Diminution de la décomposition du peroxyde d’hydrogène........................................ 61 V.2.6. Impact sur la qualité des effluents.............................................................................. 61 V.2.6.a. Abattement de la charge polluante dans les effluents .................................... 61 V.2.6.b. Diminution de la génération de substances anioniques.................................. 63 V.2.6.c. Réduction de la formation d’oxalate ................................................................ 64 V.2.7. Impact sur la qualité du papier ................................................................................... 64 V.2.7.a. Réduction potentielle des propriétés physiques.............................................. 64 V.2.7.b. Amélioration des propriétés optiques.............................................................. 66 V.2.8. Les applications à l’échelle industrielle....................................................................... 66 V.3. Conclusion.................................................................................................. 68 MATERIELS ET METHODES ...................................................................... 69 I. Matériels............................................................................................................ 69 I.1. Matières premières ...................................................................................... 69 I.1.1. Pâte thermomécanique (TMP)..................................................................................... 69 I.1.2. Pâte chimicothermomécanique (CTMP)...................................................................... 69 II. Méthodes ......................................................................................................... 69 II.1. Blanchiment au peroxyde d’hydrogène....................................................... 69 II.1.1. Essai laboratoire ......................................................................................................... 69 II.1.1.a. Etape de chélation ........................................................................................... 69 II.1.1.b. Etape de blanchiment au peroxyde d’hydrogène ............................................ 70 II.1.2. Essai pilote.................................................................................................................. 72 II.2. Caractérisation des effluents de blanchiment ............................................. 73 II.2.1. Dosage du peroxyde d’hydrogène résiduel par colorimétrie ...................................... 73 II.2.2. COT et CT................................................................................................................... 74 II.2.3. Analyse de la dégradabilité des effluents ................................................................... 74 II.2.3.a. Elimination du peroxyde d’hydrogène ............................................................. 74 II.2.3.b. DCO ................................................................................................................. 74 II.2.3.c. DBO5 ................................................................................................................ 74 II.2.3.d. DCO récalcitrante ............................................................................................ 75 II.2.3.e. Suivi de la respiration des boues activées ...................................................... 76 II.2.4. Dosage des matières extractibles du bois par chromatographie gazeuse................. 76 II.2.5. uploads/Litterature/ blanchiment-au-peroxyde-d-x27-hydrogene-des-pates-chimicothermomecaniques-avec-des-sources.pdf

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• Publié le Mai 25, 2022
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