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

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. Resume La torrefaction est un procede de pretraitement servant a ameliorer les proprietes physicochimiques de la biomasse lignocellulosique precedant sa conversion thermochimique. Dans cette etude, des echantillons de bois du type peuplier faux-tremble ont ete torrefies selon deux modes : par torrefaction seche conventionnelle et par impregnation avec un liquide ionique hydrophile (1-ethyl-3-methyl imidazolium trifluoromethanesulfonate) suivie d'une torrefaction. Les produits solides de torrefaction ont ete caracterises au moyen de la spectroscopie des photoelectrons X, de la spectroscopie des pertes d'energie des photoelectrons (ESCALOSS) et de la spectrometrie des electrons Auger induits par rayons X (XAES) afin de determiner les modifications chimiques de surface induites par ces deux modes de torrefaction. Les resultats ont montre que la torrefaction des echantillons de bois dans un liquide ionique contribue a la degradation de la lignine alors que la torrefaction seche entraine la suppression partielle des extractibles riches en carbone. La degradation de la lignine a egalement ete suivie par ESCALOSS et XAES qui ont revele une diminution de la contribution de carbones hybrides sp(2). Enfin, l'utilisation de liquide ionique pour la torrefaction des principaux composants de bois (hemicellulose, cellulose et lignine), pris individuellement, a montre qu'il y a une diminution du rapport O/C suggerant que les produits solides torrefies dans les liquides ioniques sont aptes a developper un caractere hydrophobe et une robustesse contre la reprise d'humidite avantageux. La complexite des tendances observees exige d'affiner l'utilisation des techniques de surface pour mieux cerner l'origine des processus physicochimiques dans la torrefaction de la biomasse lignocellulosique.