Obtención, purificación y caracterización de la lignina proveniente de procesos de biorefinería

Abstract

The biorefinery process implies the use of lignocellulosic matter to generate important and high-impact compounds. Furthermore, most of them are focused in the transformation of just one of the three kinds of components of biomass. The lignocellulosic compounds are mainly composed of cellulose, reaching almost the 60% of total composition, followed in content by hemicelulose with a value of 35% and finally, the lignin which content is not higher than 20%, approximately. Cellulose is primarily used in paper and pulp production and bioethanol generation while lignin is generated as a residue during the cellulose extraction processes, and it has not been well considered as feedstock to stablish a new kind of industry which could be based only in lignin processing. The analyzed lignin was extracted from two sources and each type of lignin showed differences in their elemental composition and functional groups content. It was also identified that both types of lignin had a different ratio of structural monomers. In the case of the hydroxyl groups, the content was lower than 5% and the aliphatic hydroxyl groups were the predominant type. The lignin extracted from Kraft black liquor has a major reactive capacity in comparison to the lignin obtained by the hydrolysis of agave bagasse, because of the presence of hydroxyl and methoxyl functional groups which is major in the lignin obtained from the first source. According to chemical and structural information about lignin, it is proposed its utilization in production of value added and low environment-impact polymers. Further studies of reactive capacity and functionalization of lignin could lead to the generation of another kind of important polymers, as polystyrene.

Los procesos de biorefinería implican la utilización de materia lignocelulósica para la generación de compuestos de importante impacto económico. Sin embargo, la mayoría de ellos se centra en la utilización de un solo tipo del componente de la biomasa lignocelulósica. Los lignocelulósicos se componen en su mayoría de celulosa, llegando incluso hasta el 60% de la composición total, le siguen en contenido, las hemicelulosas con un valor de hasta 35%, y finalmente la lignina, cuyo contenido puede alcanzar un valor de hasta el 50% en la materia lignocelulósica. La celulosa se utiliza principalmente en la producción de papel y la obtención de bioetanol mientras que la lignina se genera como residuo en la extracción de la celulosa y poco ha sido considerada como materia prima para un nuevo tipo de industria, basado únicamente en procesamiento de la lignina. La lignina analizada provenía de dos tipos de fuentes y cada una de ellas presentó distintas composiciones elementales, diferente contenido en porcentaje de grupos funcionales y monómeros estructurales. De lo anterior, la cantidad de grupos hidroxilo fue menor al 5%, predominando aquellos hidroxilos del tipo alifático. La lignina proveniente del licor negro Kraft cuenta con una posible mayor capacidad reactiva en comparación con la lignina que proviene del bagazo de agave, lo anterior según la presencia de grupos funcionales hidroxilo y metoxilo, siendo mayor en el primer tipo de lignina. De acuerdo a la información química y estructural de la lignina, se propone su utilización en la producción de polímeros con valor económico e impacto ambiental. Estudios ulteriores de la capacidad reactiva y funcionalización de la lignina podrían presentar indicios sobre su posible utilización en la generación de otro tipo de polímeros de alto impacto, como lo es el polímero de estireno (unicel).