Caracterización de lignina Kraft precipitada con técnicas ecoamigables y estudio del sistema de precipitación mediante modelado molecular

Abstract

Lignin, together with cellulose and hemicellulose, is one of the main components of lignocellulosic biomass that constitutes 15 to 35% of the weight and contains the greatest amount of energy of the three fractions. Lignin is an amorphous and heterogeneous polymer that is mainly constituted by three phenylpropane monomers that are randomly linked using C-O-C and C-C bonds between the units. Being the only polymer in nature that contains aromatic rings, it turns out to be a material of high commercial potential. Depending on the wood, extraction process and separation method used to obtain it, lignin contains a very varied structure, so it is necessary to characterize it before assessing its transformation into value-added products. In this work, it was possible to precipitate lignin from Kraft black liquor using citric, malic and lactic organic acids for the first time. Physicochemical (solubility and calorific value) and structural (FTIR) characterization of the precipitated lignin was performed. Using the theory of functional density (DFT), the proposed precipitation system was studied by analyzing the interaction between the Kraft lignin model and each of the acids. Experimental results showed that higher yields of precipitation and less degradation of lignin are obtained with organic acids than with sulfuric acid. Theoretical results indicated that the nature of the acid that is used in the precipitation stage is important since they interact specifically with Kraft lignin.

La lignina, junto con la celulosa y la hemicelulosa, es uno de los principales componentes de la biomasa lignocelulósica que constituye de un 15 a 35% del peso y contiene la mayor cantidad de energía de las tres fracciones. La lignina es un polímero amorfo y heterogéneo que está constituido principalmente por tres monómeros fenilpropano que se unen aleatoriamente mediante enlaces C-O-C y C-C entre las unidades. Al ser el único polímero en la naturaleza que contiene anillos aromáticos, resulta ser un material de alto potencial comercial. Dependiendo de la madera, proceso de extracción y método de separación que se utilice para obtenerla, la lignina contiene una estructura muy variada por lo que es necesario caracterizarla antes de valorar su transformación en productos de valor agregado. En este trabajo, se logró precipitar lignina del licor negro Kraft utilizando por primera vez para este fin los ácidos orgánicos cítrico, málico y láctico. Se realizó la caracterización fisicoquímica (solubilidad y poder calorífico) y estructural (FT-IR) de la lignina precipitada. Mediante la teoría de los funcionales de la densidad (DFT) se estudió el sistema de precipitación propuesto analizando la interacción entre el modelo de lignina Kraft y cada uno de los ácidos. Los resultados experimentales mostraron que con los ácidos orgánicos se obtienen mayores rendimientos de precipitación y menor degradación de la lignina que con el ácido sulfúrico. Los resultados teóricos indicaron que es importante la naturaleza del ácido que su utilice en la etapa de precipitación ya que interactúan de manera específica con la lignina Kraft.