Fraccionamiento de biomasa lignocelulósica con el uso de disolventes eutécticos naturales profundos

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i5.28080

Palabras clave:

Biomasa; Fraccionamiento; NADES.

Resumen

Brasil tiene una posición privilegiada como líder en el uso integral de la biomasa vegetal porque tiene la mayor biodiversidad del planeta. El valor añadido de una refinería está asociado al tratamiento y la disgregación de los componentes de la biomasa. Existen procesos aplicados al fraccionamiento de la biomasa para eliminar o romper las capas de lignina y hemicelulosa, lo que permite que las enzimas accedan más fácilmente a la celulosa. Em vista de ello, se puede utilizar una amplia diversidad de rutas tecnológicas y técnicas alternativas que se han desarrollado, como el uso del disolvente eutéctico profundo natural (NADES). Así, el objetivo del presente trabajo fue realizar el fraccionamiento de la biomasa de la corteza de la especie de eucalipto E. urograndis en dos fracciones: fracción rica en celulosa (FRC) y fracción rica en lignina (FRL) mediante NADES. En este proceso se aplicaron tres condiciones para el fraccionamiento de la biomasa: calentamiento convencional a 100ºC, radiación de microondas con potencias de 600W y 1000 W, y temperatura ambiente a 25ºC. Los porcentajes obtenidos mediante calentamiento convencional fueron 72,25% de FRC, 27,75% de FRL; 72,54% de FRC con radiación de microondas a una potencia de 1000W, 27,46% de FRL. Las técnicas utilizadas para la caracterización del FRC fueron: la espectroscopia infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) y la difractometría de rayos-X (XRD) para el análisis de la cristalinidad y la microscopía electrónica de barrido (MEB). Para la caracterización del FRL se utilizaron las seguientes técnicas: UV-vis y FTIR. El uso de NADES, un disolvente orgánico sostenible y de bajo coste, combinado con la radiación de microondas, demostró ser efectivo para el fraccionamiento de la biomasa.

Citas

Arafat, S., Kumar, N., Wasiuddin, M. N., Owhe O. E., Lynam, O. J. (2019). Sustainable lignin to enhance asphalt binder oxidative aging properties and mix properties. Journal of Cleaner Production, 217, 456-468. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.238

Brienzo, M., Tyhoda, L., Benjamin, Y., & Görgens, J. (2015). Relationship between physicochemical properties and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse varieties for bioethanol production. New Biotechnology, 32(2), 253-262. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2014.12.007

Chen, H. (2014). Chemical composition and structure of natural lignocellulose. In: Biotechnology of Lignocellulose (pp. 25-71). Springer, Dordrecht. http://doi.org/10.1007/978-94-007-6898-7_2

Chen, Z. & Wan, C. (2018). Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment. Bioresource Technology, 250, 532-537. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.11.066

Dai, Y., Witkamp, G. J., Verpoorte, R., & Choi, Y. H. (2015). Tailoring properties of natural deep eutectic solvents with water to facilitate their applications Food Chemistry, 187, 14-19. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.03.123

Dunn, A. L., Leitch, D. C., Journet, M., Martin, M., Tabet, E. A., Curtis, N. R., … & Liu, P. (2019). Selective continuous flow iodination guided by direct spectroscopic observation of equilibrating aryl lithium regioisomers, Organometallics. 38(1), 129-137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538

Hou, X. D., Feng, G. J., Ye, M., Huang, C. M., & Zhang, Y., (2017). Significantly enhanced enzymatic hydrolysis of rice straw via high-performance two-stage deep eutectic solvent synergistic pretreatment. Bioresource Technology. 238, 139-146. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.04.027

Huang, H., Yuan, X., Zeng, G., Wang, J., Li, H., Zhou, C., & Chen, L. (2011). Thermochemical liquefaction characteristics of microalgae in sub- and supercritical ethanol. Fuel Processing Technology, 92(1), 147-153. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.fuproc.2010.09.018

Karimi, K. & Taherzadeh, M. J. (2016). A critical review of analytical methods in the pretreatment of lignocelluloses: Composition, imaging, and crystallinity. Bioresource Technology, 200, 1008-1018. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.11.022

Kumar, A. K., Parikh, B. S., Shah, E., Liu, L. Z., & Cotta, M. A. (2016). Cellulosic ethanol production from green solvent-pretreated rice straw. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 7, 14-23. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2016.04.008

Liu, C., & Wyman, C. E. (2004). The effect of flow rate of very dilute sulfuric acid on xylan, lignin, and total mass removal from corn stover. Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(11), 2781-2788. https://doi.org/10.1021/IE030754X

Liu, Y., Chen, W., Xia, Q., Guo, B., Wang, Q., Liu, S., & Yu, H. (2017). Efficient cleavage of lignin-carbohydrate complexes and ultrafast extraction of lignin oligomers from wood biomass by microwave-assisted treatment with deep eutectic solvent, ChemSusChem, 10(8), 1692-1700. https://doi.org/10.1002/cssc.201601795

Lin, Z., Huang, H., Zhang, H., Zhang, L., Yan, L., & Chen, J. (2010). Ball milling pretreatment of corn stover for enhancing the efficiency of enzymatic hydrolysis, Applied Biochemistry and. Biotechnology, 162(7), 1872-1880. https://doi.org/10.1007/s12010-010-8965-5

Mika, L. T., Cséfalvay, E., & Németh, A. (2018). Catalytic conversion of carbohydrates to initial platform chemicals: chemistry and sustainability Chemical Reviews, 118(2), 505-613. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00395

Mood, S. H., Golfeshan, A. H., Tabatabaei, M., Jouzani, G. S., Najafi, G. H., Gholami, M., & Ardjmand, M. (2013). Lignocellulosic biomass to bioethanol, a comprehensive review with a focus on pretreatment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 27, 77-93. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.033

Nelson, M. L., & O'Connor, R. T. (1964). Relationship of certain infrared bands to cellulose crystallinity and crystal network type. Part II. A new infrared ratio for estimating crystallinity in celluloses I and II. Journal of Applied Polymer Science, 8(3), 1325-1341. https://doi.org/10.1002/app.1964.070080323

Oh, S. Y., Yoo, D. I., Shin, Y., Kim, H. C., Kim, H. Y., Chung, Y. S., & Youk, J. H. (2005). Crystalline structure analysis of cellulose treated with sodium hydroxide and carbon dioxide by means of X-ray diffraction and FTIR spectroscopy. Carbohydrate Research, 340(15), 2376-2391. https://doi.org/10.1016/j.carres.2005.08.007

Pinto, M. C. E. 2018. Biocarvão proveniente de resíduo de cenoura como adsorvente de fósforo em solução aquosa e reuso na agricultura (Doctoral thesis, Universidade Federal de Viçosa, Brasil). Texto Completo. https://locus.ufv.br//handle/123456789/22215

Sá, V. A., & Bianchi, M. (2015). Métodos de pré-tratamentos da biomassa lignocelulósica para produção de bioetanol. II Congresso Brasileiro de Ciência e Tecnologia da Madeira, Belo Horizonte-MG, Brasil. http://sbctem.org.br/pt/anais/2-pages/36-anais-2

Segal, L. G. J. M. A., Creely, J. J., Martin Jr., A. E., & Conrad, C. M. (1959). An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using X-ray diffractometer. Textile Research Journal, 29 (10), 786-794. https://doi.org/10.1177/004051755902901003

Singh, J. K., Chaurasia, B. Dubey, A., Faneite Noguera, A. M., Gupta, A., Kothari, R., & Abd Allah, EF (2020). Biological characterization and instrumental analytical comparison of two biorefining pretreatments for Water Hyacinth (Eichhornia crassipes) biomass hydrolysis. Sustainability, 13(1), 245. https://doi.org/10.3390/su13010245

Skulcova, A., Majova, V., Kohutova, M., Grosik, M., Sima, J., & Jablonsky, M. (2017). UV/Vis spectrometry as a quantify tools for lignin solubilized in deep eutectic solvents. BioResources, 12(3), 6713-6722. https://doi.org/10.15376/biores.12.3.6713-6722

Trajano, H. L., & Wyman, C. E. (2013). Fundamentals of pretreatment of biomass at low pH. In C. E. Wyman (Ed.), Aqueous pretreatment of plant biomass for biological and chemical conversion to fuels and chemicals (pp. 103-128). Willey Online Library. https://doi.org/10.1002/9780470975831.ch6

Trugilho, P. F., Mori, F. A., Lima, J. T., & Cardoso, D. P. (2003). Tannin content determination in the bark of Eucalyptus spp. Cerne, 9(2), 246-254. https://cerne.ufla.br/site/index.php/CERNE/article/view/562

Descargas

Publicado

31/03/2022

Cómo citar

ROMÃO, L. T. G.; MARCIONÍLIO, S. M. L. O.; ROMÃO, T. C.; OLIVEIRA, M. S. .; CASTRO, C. F. de S. . Fraccionamiento de biomasa lignocelulósica con el uso de disolventes eutécticos naturales profundos. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 5, p. e11211528080, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i5.28080. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/28080. Acesso em: 6 jul. 2024.

Número

Sección

Ciencias Agrarias y Biológicas