Activation des précurseurs lignocellulosiques par pyrolyse rapide
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Activation des précurseurs lignocellulosiques par pyrolyse rapide
NESRINE HAMZA, Étudiante à la maîtrise Activation des précurseurs lignocellulosiques par pyrolyse rapide : vers une industrialisation du procédé Direction : Ahmed Koubaa Codirection : Hassine Bouafif (CTRI) Partenaire industriel :Airex-energie Organisme subventionnaire : MEIE, CRC Date de début de projet : Date de fin de projet : 24/08/2015 24/08/2017 [email protected] Problématique Le biochar, généralement utilisé en bioénergie ou en amendement de sol, est récemment utilisé pour son haut contenu en carbone et ses propriétés spécifiques dans la fabrication des condensateurs électrochimiques, des électrodes, des catalyseurs et aussi comme précurseur pour l’élaboration des adsorbants de remplacement aux zéolites ou au charbon activé d’origine minérale. À l’image du charbon activé, le biochar activé est un matériau poreux à la surface très réactive avec une capacité d’adsorption qui est définie par le volume poreux et les groupes fonctionnels, principalement oxygénés. Cependant, les travaux de recherche sur l’activation des précurseurs lignocellulosiques se sont limités à l’échelle de laboratoire. D’où l’intérêt d’une étude expérimentale à une échelle pilote qui sera facilement applicable à l’échelle industrielle. D’autre part, très peu d’études tiennent compte de la composition chimique des matériaux utilisés. En conséquent, la recherche demeure limitée à une application superficielle, plus centrée sur les résultats que sur la compréhension des processus physicochimiques impliqués dans le déroulement de la conversion du tissus végétal au charbon activé. L’objectif de la recherche Les objectifs de la recherche sont les suivants : i. ii. iii. iv. Étudier le potentiel des précurseurs lignocellulosiques dans la fabrication du biocharbon activé; Étudier l’effet de différentes conditions opératoires d’un procédé pilote de pyrolyse sur l’architecture poreuse du biocharbon activé; Établir les paramètres opératoires à contrôler pour obtenir un produit activé ayant une structure poreuse prédéfinie; Étudier comment les caractéristiques physico-chimiques de biocharbon actif devront être prises en compte lors de l’élaboration d’une modélisation prédictive des phénomènes d’adsorption sur des effluents miniers contaminés. Méthodologie Les résidus de bois d’épinette et de bouleau sont les principaux matériaux à utiliser dans ce projet. Les résidus de bois subiront une pyrolyse rapide dans le réacteur pilote de pyrolyse. Trois températures de traitement seront appliquées (400, 500 et 600°C). Le biochar obtenu fera ensuite l’objet de trois méthodes d’activation : une activation physique, une activation chimique et une activation mixte chimique et physique. Hypothèse de travail Les procédés d’activation du charbon sont généralement basés sur un traitement thermique dans un réacteur à lit fixe. Aucune étude n’a utilisé le procédé de pyrolyse rapide pour faire activer le charbon. Connaissant la structure déjà poreuse et la composition chimique des matériaux lignocellulosiques, nous pouvons stipuler que les transferts thermiques dans ces matériaux peuvent se faire avec un gradient de vitesse élevé d’où la possibilité de les faire activer par le procédé de pyrolyse rapide. La validation de cette hypothèse permettra de diminuer substantiellement les coûts de production du charbon activé à base de bois. Applications potentielles et retombées industrielles En Abitibi-Témiscamingue, Les résidus lignocellulosiques sont largement disponibles. L’utilisation de ces ressources comme précurseurs dans la fabrication du biocharbon activé est une approche intéressante qui permettra de traiter une large gamme de polluants et de concentrations présents dans les effluents de l’industrie minière. Elle permet aussi de réduire les coûts de traitement et de recycler des matériaux résiduels tout en offrant une alternative à des procédés chimiques coûteux.