Producción de nanocelulosa a partir de rastrojo de piña y raquis de palma africana

Producción de nanocelulosa a partir de rastrojo de piña y raquis de palma africana

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.22458/urj.v15i2.4593

Palabras clave:

biomasa, nanomateriales, residuo, tecnología, valorización

Resumen

Introducción: La nanocelulosa, la forma nanométrica de la celulosa, puede ser producida mediante diversos métodos, incluyendo tratamientos químicos, ruptura física o ambos. Los residuos agroindustriales, como el raquis de aceite de palma y el rastrojo de piña, suelen usarse como combustible o para compostaje en las plantaciones. Sin embargo, no se utilizan para productos de mayor valor agregado. Objetivo: Producir nanofibras de celulosa a partir de sistemas de baja energía y bajos requerimientos de insumos. Métodos: Caracterizamos químicamente el rastrojo de piña y el raquis de aceite de palma africana y los sometimos a degradación química y tratamientos mecánicos para obtener nanofibras de celulosa. Degradamos las fibras con ácido acético (HOAc) y las caracterizamos con microscopía visible, microscopía de fluorescencia, espectroscopía infrarroja, difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. Resultados: Las hojas de piña y los raquis de aceite de palma africana presentaron contenidos de celulosa de 35,8 ± 0,5% y 17,9 ± 0,1%, respectivamente. Obtuvimos nanofibras con espesores de 40nm y 10,8nm. Conclusión: El método híbrido de tratamiento químico y ruptura mecánica resultó exitoso en la obtención de nanocelulosa fibrilar utilizando reactivos de baja concentración.

Citas

Alawar, A., Hamed, A. M., & Al-Kaabi, K. (2009). Characterization of treated date palm tree fiber as composite. Composites: Part B: Engineering, 40(7), 601–606.

Ahmed, B., Bezazi, A., Bourchak, M., Scarpa, F., & Zhu, C. (2014). Thermochemical and statistical mechanical properties of natural sisal fibres. Composites: Part B: Engineering, 67, 481–489.

Amroune, S., Bezazi, A., Belaadi, A., Zhu, C., Scarpa, F., Rahatekar, S., & Imad, A. (2014). Tensile mechanical properties and surface chemical sensitivity of technical fibres from date palm fruit branches (Phoenix dactylifera L.). Composites Part A. Applied Science and Manufacturing, 71, 98-106.

Bendahou, A., Dufresne, A., Kaddami, H., & Habibi, Y. (2007). Isolation and structural characterization of hemicelluloses from palm of Pheonix dactylifera L. Carbohydrate Polymers, 68(3), 601–608.

Bezazi, A., Belaadi, A., Bourchak, M., Scarpa, F., & Boba, K. (2014). Novel extraction techniques, chemical and mechanical characterisation of Agave americana L. natural fibres. Composites: Part B: Engineering, 66, 194–203.

Cherian, B. M., Leão, A. L., de Souza, S. F., Thomas, S., Pothan, L. A., & Kottaisamy, M. (2010). Isolation of nanocellulose from pineapple leaf fibres by steam explosion. Carbohydrate Polymers, 81(3), 720–725. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.03.046

Csiszar, E., Kalic, P., Kobol, A., & Ferreira, E. de P. (2016). The effect of low frequency ultrasound on the production and properties of nanocrystalline cellulose suspensions and films. Ultrasonics Sonochemistry, 31, 473–480. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.01.028

Dopico-Ramírez, D., García-García, L., Abril-González, A., Hernández-Corvo, Y., & Cordero-Fernández, D. (2012). Lignina de bagazo como fibra dietética. ICIDCA., 46(1), 46-50.

Fahma, F., Iwamoto, S., Hori, N., Iwata, T., & Takemura, A. (2010). Isolation, preparation, and characterization of nanofibers from oil palm empty-fruit-bunch (OPEFB). Cellulose, 17, 977–985. https://doi.org/10.1007/s10570-010-9436-4

Fahma, F., Hori, N., & Iwata, T. Takemura, A. (2017). PVA nanocomposites reinforced with cellulose nanofibers. Emirates Journal of Food and Agriculture, 29(5), 323–329. https://ejfa.me/index.php/journal/article/view/1199/882

Galiwango, E., Abdel, N. S., Al-Marzouqi, A. H., Abu-Omar, M. M., & Khaleel, A. A. (2018). Klason method: an effective method for isolation of lignin fractions from date palm biomass waste. Chemical and Process Engineering Research, 57, 46–58.

Galiwango, E., Abdel, N., Al-Marzouqi, H. A., Abu-Omar, M. M., & Khaleel, A. A. (2019). Isolation and characterization of cellulose and α-cellulose from date palm biomass waste. Heliyon, 5, e02937. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02937

Ichwan, M., Onyianta, A. J., Trask, R. S., Etale, A., & Eichhorn, S. J. (2023). Production and characterization of cellulose nanocrystals of different allomorphs from oil palm empty fruit bunches for enhancing composite interlaminar fracture toughness. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 5, 100272. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2022.100272

Irías, A., & Lutz, G. (2014). Composición química de la biomasa residual de la planta de piña variedad MD2 proveniente de Guácimo, Limón. Ciencia y Tecnología, 30(2), 27–34.

Jiang, F., & Hsieh, Y-L. (2013). Chemically and mechanically isolated nanocellulose and their self-assembled structures. Carbohydrate Polymers, 95(1), 32-40.

Jirón, E., Rodríguez, K., & Bernal, C. (2020). Cellulose Nanofiber Production from Banana Rachis. International Journal of Engineering Science and Computing, 10(2), 24683-24689.

Jirón-García, E. G., Rodríguez-Mora, K., & Bernal-Samaniego, C. (2022). Obtención de nanocelulosa a partir de raquis de palma africana y bagazo de caña. Revista Tecnología En Marcha, 35(2), 167-181. https://doi.org/10.18845/tm.v35i3.5609

Jirón, E., & Rodríguez, K. (2022). Funcionalización de nanocelulosa de raquis de palma como adsorbente de cationes metálicos del agua. InterSedes, 23(48), 208-227. https://doi.org/10.15517/isucr.v23i48.49746

Kalia, S., Boufi, S., Celli, A., & Kango, S. (2014). Nanofibrillated cellulose: surface modification and potential applications. Colloid and Polymer Science, 292, 5-31. https://doi.org/10.1007/s00396-013-3112-9

Khiari, R., Dridi-Dhaouadi, S., Aguir, C., & Mhenni, M. F. (2010a). Experimental evaluation of eco-friendly flocculants prepared from date palm rachis. Journal of Environmental Sciences, 22(10), 1539–1543.

Khiari, R., Mhenni, M. F., Belgacem, M. N., & Mauret, E. (2010b). Chemical composition and pulping of date palm rachis and Posidonia oceanica – A comparison with other wood and non-wood fibre sources. Bioresource Technology, 101(2), 775–780.

Lavoine, N., Desloges, I., Dufresne, A., & Bras, J. (2012). Microfibrillated cellulose–Its barrier properties and applications in cellulosic materials: A review. Carbohydrate Polymers, 90(2), 735-764.

Liu, D., Han, G., Huang, J., & Zhang, Y. (2009). Composition and structure study of natural Nelumbo nucifera fiber. Carbohydrate Polymers, 75(1), 39–43.

Luzi, F., Fortunati, E., Puglia, D., Petrucci, R., Kenny, J. M., & Torre, L. (2016). Modulation of Acid Hydrolysis Reaction Time for the Extraction of Cellulose Nanocrystals from Posidonia oceanica Leaves. Journal of Renewable Materials, 4(3), 190–198. https://doi.org/10.7569/JRM.2015.634134

López-Herrera, M., WingChing-Jones, R., & Rojas-Bourrillón, A. (2014). Meta-análisis de los subproductos de piña (Ananas comosus) para la alimentación animal. Agronomía Mesoamerica, 25(2), 383-392.

López, M., WingChing-Jones, R., & Rojas-Bourrillón, A. (2009). Características fermentativas y nutricionales del ensilaje de rastrojo de piña (Ananas comosus). Agronomía Costarricense, 33(1), 1–15. https://goo.by/gJLWN

Maache, M., Bezazi, A., Amroune, S., Scarpa, F., & Dufresne, A. (2017). Characterization of a novel natural cellulosic fiber from Juncus effusus L. Carbohydrate Polymers, 171, 163–172.

Maneeintr, K., Leewisuttikul, T., Kerdsuk, S., & Charinpanitkul, T. (2018). Hydrothermal and enzymatic treatments of pineapple waste for energy production. Energy Procedia, 152, 1260-1265.

Mora, S., Quesada, R., Jaén, L., & Monge, D. (2020). Boletín Estadístico Agropecuario N°30, Serie cronológica 2016-2019. http://www.infoagro.go.cr/BEA/BEA30.pdf

Picado, P. (2018). UCR fomenta buenas prácticas agrícolas entre productores de piña. https://www.ucr.ac.cr/noticias/2018/6/21/ucr-fomenta-buenas-practicas-agricolas-entre-productores-de-pina.html

Ravindran, L., Sreekala, M. S., & Thomas, S. (2010). Novel processing parameters for the extraction of cellulose nanofibres (CNF) from environmentally benign pineapple leaf fibres (PALF): Structure-property relationships. International Journal of Biological Macromolecules, 131, 858–870.

Rigg-Aguilar, P., Moya, R., Oporto-Velásquez, G. S., Vega-Baudrit, J., Starbird, R., Puente-Urbina, A., Méndez, D., Potosme, L. D., & Esquivel, M. (2020). Micro-and Nanofibrillated Cellulose (MNFC) from Pineapple (Ananas comosus) Stems and Their Application on Polyvinyl Acetate (PVAc) and Urea-Formaldehyde (UF) Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials, 2020, 1393160. https://doi.org/10.1155/2020/1393160

Rodriguez-Gacio, M. del C., Iglesias-Fernández, R., Carbonero, P., & Matilla, A. J. (2012). Softening-up mannan-rich cell walls. Journal of Experimental Botany, 63(11), 3975–3988. https://doi.org/10.1093/jxb/ers096

Saravanakumar, S. S., Kumaravel, A., Nagarajan, T., Sudhakar, P., &. Baskaran, R. (2013). Characterization of a novel natural cellulosic fiber from Prosopis juliflora bark. Carbohydrate Polymers, 92(2), 1928–1933.

Scheller, H., & Ulvskov, P. (2010). Hemicelluloses. Annual Review of Plant Biology, 61, 263–289. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112315

Shaghaleh, H., Xu, X., & Wang, S. (2018). Current progress in production of biopolymeric materials based on cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose derivatives. RSC Advances, 8(2), 825-842. https://doi.org/10.1039/C7RA11157F

Sharma, U. (1981). Investigations on the fibers of pineapple [Ananas comosus (L). Merr.] leaves. Carbohydrate Research, 97(2), 323-329.

Siqueira, G., Bras, J., & Dufresne, A. (2010). Cellulosic bionanocomposites: a review of preparation, properties and applications. Polymers, 2(4), 728-765. https://doi.org/10.3390/polym2040728

Sun, R., Tomkinson, J., Sun, X. F., & Wang., N. (2000). Fractional isolation and physico-chemical characterization of alkali-soluble lignins from fast-growing poplar wood. Polymer, 41(23), 8409-8417.

Vargas, J., & Rodríguez, K. (2021). Funcionalización de nanocelulosa a partir de rastrojo de piña y raquis de palma africana. Científica, 25(2), 1–19. https://doi.org/10.46842/ipn.cien.v25n2a08

Xiong, J., Li, Q., Shi, Z., & Ye, J. (2017). Interactions between wheat starch and cellulose derivatives in short-term retrogradation: Rheology and FTIR study. Food Research International, 100, 858–863.

Zheng, D., Zhang, Y., Guo, Y., & Yue, J. (2019). Isolation and Characterization of Nanocellulose with a Novel Shape from Walnut (Juglans Regia L.) Shell Agricultural Waste. Polymers, 11(7), 1130. https://doi.org/10.3390/polym11071130

Publicado

2023-09-18

Cómo citar

Vargas Mesén, J., Rodríguez Mora, K., Jirón García, E., & Bernal Samaniego, C. (2023). Producción de nanocelulosa a partir de rastrojo de piña y raquis de palma africana. UNED Research Journal, 15(2), e4593. https://doi.org/10.22458/urj.v15i2.4593

Número

Sección

Artículos
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