Study of the activation of hydrogen peroxide by the copper(II)-phenanthroline complex for the color-stripping of recovered cellulosic fibers

Etude de l'activation du peroxyde d'hydrogène par le complexe cuivre(II)-phénanthroline pour la décoloration de fibres cellulosiques récupérées Les papiers récupérés sont de plus en plus utilisés pour fabriquer du papier recyclé de haute blancheur. La ligne de recyclage inclut entre autres les opérations de désencrage et de blanchiment, le peroxyde d’hydrogène (H2O2) étant le réactif blanchissant le plus utilisé en milieu alcalin (stade P). Son efficacité est toutefois limitée car il est peu ou moyennement réactif sur les fonctions azoïques des colorants papetiers. L’objectif de cette étude était donc d’améliorer l’élimination des colorants azoïques lors d’un stade P.L'amélioration du stade P utilisé en délignification des pâtes chimiques a fait l’objet de nombreuses études. En particulier, l’activation ou la catalyse de H2O2 par des complexes cuivre(II)-phénanthroline (Cu-Phen) présentant des résultats très intéressants, des essais de blanchiment de pâtes désencrées et colorées ont été entrepris. Le système H2O2/Cu-Phen s’est également révélé efficace en décoloration, mais le mécanisme n’avait alors pas été étudié.L’objectif de ce travail était donc de déterminer dans quel cas et pourquoi le complexe cuivre(II)-phénanthroline était capable d’améliorer la décoloration de fibres cellulosiques colorées. Trois questions intermédiaires se sont posées : (1) quel effet Cu-Phen a-t-il sur le colorant isolé? (2) la décoloration d’une pâte de fibres colorées par H2O2 est-elle améliorée par Cu-Phen? (3) par quel mécanisme la décoloration est-elle rendue plus efficace?Le travail a donc été organisé en trois études : (1) caractérisation des colorants sélectionnés et du complexe en l’absence d’oxydant et examen des interactions entre les deux, (2) étude et optimisation paramétrique de H2O2/Cu-Phen pour la décoloration de pâtes colorées, (3) étude du mécanisme d’oxydation en milieu aqueux, en l’absence et en présence de cellulose.Ce travail s’est appuyé sur de nombreuses techniques analytiques (spectroscopies RMN, FTIR, UV-vis et RPE ; ESI-MS) et des calculs de spéciation. Il a prouvé que le complexe Cu-Phen en présence de H2O2 améliorait la décoloration de colorants azoïques, avec ou sans fibres cellulosiques. Il a été mis en évidence que la phénanthroline agissait comme un stabilisant permettant d’ajuster la solubilité, la stabilité et le potentiel d’oxydo-réduction du cuivre(II), mais qu’elle n’était pas indispensable. De plus, le pH du milieu est également un paramètre clé, jouant à la fois sur l’activité du complexe et sur ses interactions avec le substrat. Le substrat (colorant mais aussi cellulose) s’est trouvé fortement dégradé par ce système H2O2/Cu-Phen. Les résultats corroborent l’hypothèse de l’oxydation du substrat par les radicaux hydroxyles issus de la décomposition de H2O2, plutôt que par H2O2 lui-même, ce mécanisme étant l’une des étapes d’un cycle catalytique.La recherche menée et les résultats obtenus sont applicables non seulement à l’amélioration du blanchiment des pâtes désencrées, mais aussi au traitement d’effluents colorés dans les industries du papier et du textile.