Extraction, modification et caractérisation de lignine de frondes de palmier à huile pour la production d’inhibiteurs de corrosion

EXTRACTION, MODIFICATION ET CARACTERISATION DE LIGNINE
DE FRONDES DE PALMIER A HUILE POUR LA PRODUCTION
D’INHIBITEURS DE CORROSION

RÉSUMÉ
La biomasse lignocellulosique, principalement composée de cellulose,d'hémicellulose et de lignine, est considérée comme l'une des sources d'énergie et de
produits chimiques renouvelable prometteuse dans le monde en raison de sa disponibilité suffisante et de son faible coût. Cependant, d'énormes quantités de
lignine sont rejetées par l'industrie des pâtes et papiers en raison du manque de prise de conscience de son potentiel. Ayant une haute teneur en groupes fonctionnels
divers (phénoliques et aliphatiques –OH, des carbonyles, des carboxyles, etc) et de la structure de type phénylpropane, la lignine peut conduire à des substituts verts dans
des applications industrielles telles que dans l'inhibition de la corrosion des métaux et des alliages. Par conséquent, les frondes de palmier à huile (OPF), un déchet
agricole particulièrement abondant en Malaisie ont été utilisés comme matière première dans cette étude qui vise en la conception d’inhibiteurs de corrosion des
métaux biosourcés.
Afin d'améliorer son extractibilité ainsi que ses propriétés, l'extraction de la lignine a été effectuée de différentes façons, par l'intermédiaire de procédés délignification
directe (Kraft, soda, organosolv) et / ou de procédés de pré-traitement combinés. En raison de la forte hydrophobicité de la lignine, sa capacité à agir comme inhibiteur de
corrosion efficace est limitée. Par conséquent, des modifications de la structure de la lignine d’OPF ont été effectuées de deux manières; (1) par incorporation dans la
structure de la lignine de motifs organiques aromatiques (2-naphtol et le 1,8-dihydroxyanthraquinone) pendant le prétraitement et (2) le fractionnement de la
lignine par un procédé d'ultrafiltration. Les propriétés physiques et chimiques des lignines modifiées ont été évaluées en utilisant l'infrarouge à transformée de Fourier
(FTIR), la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN),chromatographie par perméation de gel (GPC), un analyseur thermique et la
chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). Des fractions de lignine modifiées avec une teneur plus élevée en –OH phénoliques, de faibles poids
moléculaires et polydispersités ainsi qu’une faible teneur en –OH aliphatiques ont abouti à des valeurs plus élevées de l'activité antioxydante. Celle-ci semble être
dépendante de l'augmentation du contenu en –OH phénolique et ortho-méthoxylé,favorisant la stabilité du radical formé et la capacité de réduire les ions Fe3+ en Fe2+.
Une corrélation a été établie entre propriétés physico-chimiques et activité antioxydante des lignines modifiées avec l'inhibition de corrosion de l'acier doux dans
une solution de HCl 0,5 M. L'inhibition de corrosion a été évaluée par spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE), polarisation, mesure potentiodynamique et perte
de poids. L'inhibition optimale (IE: 81 – 90 %) a été obtenu à la concentration de 500 ppm pour les inhibiteurs de la lignine, mais diminue avec l'augmentation de la
température (303 à 333 K). Données thermodynamiques (l'énergie d'activation de l'adsorption, Ea) indiquent que l'adsorption de la lignine modifiée sur l'acier doux a
été spontanée et les inhibiteurs ont été principalement physiquement adsorbé (physisorption). Nous espérons que ces résultats prometteurs ouvriront la voie à une
approche alternative pour l'utilisation de ces déchets naturels.

EXTRACTION, MODIFICATION AND CHARACTERIZATION OF LIGNIN
FROM OIL PALM FRONDS (OPF) AS GREEN CORROSION INHIBITORS
FOR MILD STEEL

ABSTRACT
Lignocellulosic biomass has been considered as one of the promising sources of renewable energy in the world. It is mainly composed of cellulose, hemicellulose,
and lignin and best-suited for energy and chemical applications due to its sufficient availability, inexpensive and is environmentally safe. However, massive amounts of
lignin are discarded in huge quantities (by the pulp and paper industry) due to lack of awareness on its potential. Having high content of diverse functional groups
(phenolic and aliphatic –OH, carbonyls, carboxyls, etc.) and phenylpropanoid structure, lignin can lead to greener substitutes in industrial applications such as in
corrosion inhibition of metals and alloys. Therefore, the oil palm frond (OPF) agricultural waste was used as raw material in this study.
In order to improve the lignin extractability and properties, the extraction was conducted in different ways (via direct delignification and/or combined pretreatment
methods). Due to the high hydrophobicity of lignin, it limits the capability to act as efficient corrosion inhibitors. Hence, modifications of the OPF lignin structure were
conducted in two ways; (1) by incorporating organic scavengers (2-naphthol and 1,8-dihydroxyanthraquinone) during autohydrolysis pretreatment before organosolv
treatment and (2) fractionation of lignin from direct delignification processes (Kraft,soda and organosolv) via ultrafiltration membrane technique. The physical and
chemical properties of the modified lignins were evaluated by using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR)
spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC), thermal analysis and high performance liquid chromatography (HPLC). Modified lignin fractions with higher
phenolic –OH content but lower molecular weight, polydispersity as well as aliphatic–OH content resulted in higher values of antioxidant activities. The antioxidant
activity seems be dependent on the increase of their free phenolic –OH and orthomethoxyl content, through the stability of the radical formed and the ability to reduce
Fe3+ ions to Fe2+ ions. Indeed, the improved physicochemical properties and antioxidant activity of modified lignin gave positive correlation with the mild steel
corrosion inhibition action in 0.5 M HCl solution that were evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization and
weight loss measurements. The best percentage of inhibition efficiencies (IE: 81 – 90%) were attained at the concentration of 500 ppm for all lignin inhibitors but
decreased with the increase in temperature (303 – 333 K). Thermodynamic data indicated that the adsorption of the modified lignin onto the mild steel was
spontaneous and the inhibitors were mainly physically adsorbed (physiosorption),supported by the activation energy of adsorption, Ea. The enhanced protective
properties of the modified lignin will pave way for an alternative approach for the utilization of these natural waste materials.