ANEXO I Tappi

 

ANEXO

I.

CARACTERIZACIÓN

QUÍMICA

DE

LOS

RESIDUOS

AGROINDUSTRIALES. MÉTODOS EXPERIMENTALES Los métodos experimentales utilizados en la caracterización química de la biomasa se basan en normas Tappi[1] y procedimientos experimentales que describen a continuación:

Toma y preparación preparación de muestras pa para ra anális análisis is TAPPI T 257 cm-85) La norma define el procedimiento a seguir para la realización de una toma de muestra significativa de la materia prima y su posterior preparación para ser sometida a los diferentes análisis químicos. De acuerdo a lo indicado en la norma, la materia se divide en grupos homogéneos por tamaño y características, tomando al menos dos muestras de cada subdivisión. A continuación, se procede a la preparación de muestras con el tamaño de partícula apropiado para el análisis en el laboratorio. En nuestro caso, la materia prima se somete a molienda en un molino Restch 2000, despreciando la fracción con un tamaño menor de 0.25 mm. Posteriormente, el material obtenido se tamiza en un equipo tamizador marca Controls, seleccionando la fracción comprendida entre 0.40 y 0.25 mm, o sea las que se quedan en el tamiz de 0.25. Las diferentes muestras fueron almacenadas en bolsas identificadas de acuerdo a su tamaño.

Análisis de la humedad TAPPI T264 cmcm-97) 97) La humedad de las muestras corresponde a la humedad de equilibrio de cada muestra y es tenida en cuenta en posteriores análisis. La humedad de las muestras preparadas según la norma TAPPI 257 cm-85 se determina pesando 2.00±0.01 g de muestra (mo) en un recipiente tarado libre de humedad, luego, el conjunto se coloca en una estufa a 105 ± 3 ºC durante 24 horas. Una vez transcurrido el tiempo de secado, las muestras se enfriaron a temperatura ambiente dentro de un desacador de silica gel. Una vez frías las muestras se pesan (m f ) y se determina la humedad de acuerdo a la siguiente formula:

% humedad = ((mo - mf )/ mo) x 100

 

Análisis de cenizas a 525 ºC TAPPI T211 om-93) El ensayo se lleva a cabo sobre 1.00±0.01 g de materia prima a la humedad de equilibrio, puesta en un crisol de porcelana (m o) tarado libre de humedad, preparada según la norma TAPPI 257 cm-85, que se somete a calcinación en mufla a 525 ºC durante 3 horas. El crisol debe ser enfriado dentro de un desecador se silica gel. Una vez frío se pesa el conjunto (mf ) y se calcula el porcentaje de cenizas como:

% cenizas = mf  / (mo– humedad) x 100

Extraíbles con etanol-tolueno TAPPI T204 ccm-97) m-97) Mediante este método se determina la cantidad de compuestos no volátiles extraíbles con disolventes orgánicos que presenta la materia prima, como ceras, grasas, algunas resinas, hidrocarburos no volátiles, carbohidratos de bajo peso molecular y algunas sales. Para su determinación, se utilizan 4.0±0.1 g de muestra (m o) a la humedad de equilibrio, preparada según la norma TAPPI 257 cm-85. La materia prima se dispone en un cartucho de papel filtro, previamente pesado. Luego, encima del cartucho con la muestra en su interior, se coloca otro cartucho ajustado como tapa, tambien pesado, para evitar pérdidas de muestra durante la extracción. El conjunto se coloca en un soxhlet y se añaden 150 mL de mezcla etanol-tolueno (1:2 v/v), mas o menos hasta una sifonada y media. El soxhlet se acopla a un matraz y un condensador y se calienta a reflujo en campana, llevando la mezcla a ebullición. Tras un máximo de 6 horas, durante el cual deben ocurrir no menos de 24 extracciones, y una vez frío, se desmonta el soxhlet y se deja evaporar parcialmente el disolvente del erlenmeyer a temperatura atmosférica y en campana. El cartucho con la muestra se recoge para posteriores análisis, se seca en estufa a 105 ºC durante 24 horas hasta que el extracto esté seco. Finalmente, se pesa y se obtiene la masa extraída (m f ). El resultado del análisis se expresa en base seca y el porcentaje de extraíbles se obtiene mediante la siguiente formula:

% extraíbles E-T = mf  / (mo– humedad) x 100

 

  Contenido en lignina insoluble en ácido TAPPI T222 om-98) Mediante la aplicación de este método los carbohidratos de la materia prima son hidrolizados y solubilizados con ácido sulfúrico, de forma que la lignina insoluble en ácido queda aislada.

El procedimiento consiste en pesar 1.0±0.1 g de la muestra libre de extraíbles (preparada según la norma TAPPI T204 cm-97). Luego, se adicionan 15 mL de ácido sulfúrico al 72%, agitando de vez en cuando durante 2 horas a temperatura ambiente. Después se trasvasa el contenido a un matraz de 1000 mL y se añade 560 mL agua destilada y se lleva a ebullición con reflujo durante 4 horas. La disolución se filtra en un filtro número 3 previamente pesado y se lava con agua caliente hasta pH neutro. El filtro se seca en estufa a 100-105 ºC durante 24 horas. Transcurrido este tiempo, el filtro se coloca en un desecador de silica gel para evitar la absorción de humedad. Una vez frío se pesa el filtro y se determina el porcentaje de lignina como:

% lignina = mf  / mo x 100

Contenido en holocelulosa Método de Wise y col., [2]) La holocelulosa se define como la fracción de carbohidratos insoluble en agua presentes en las materias primas vegetales. Incluye, por lo tanto, la celulosa y hemicelulosas presentes en los sustratos. El método de Wise y col. se basa en que el dióxido de cloro que se desprende en los sucesivos tratamientos con clorito sódico disuelve la lignina mientras los hidratos de carbono permanecen inalterados.

Para llevar a cabo dicho método se parte de 2,5±0,1 g de muestras libres de extractos (preparada según la norma TAPPI T204 cm-97) y secas que se disponen en un erlenmeyer, donde se añaden 80 mL de agua destilada caliente (70-80 ºC) y la mezcla se sumerge en un baño termostatizado a 70 ºC, agitando periódicamente con una varilla a fin de homogenizarla. A continuación, se añaden cada 60 minutos 0.5 mL de ácido acético glacial y 2.6 mL de clorito sódico al 25%, hasta cubrir un total de 6-8 horas. Después de transcurrido ese tiempo la mezcla se mantiene en el baño durante 12 h más sin nuevas adiciones. Para finalizar, el residuo sólido (holocelulosa) se filtra

 

(filtro número 2), se seca durante 24 h en una estufa a 105 ºC, se enfría en un desecador y se determina su cantidad mediante pesada.

% holocelulosa = m f  / mo x 100

Determinación de !-celulosa y hemic hemicelulosas elulosas Método de Rowell [3]) Dado que la norma TAPPI T203 om-93 (Determinación de !-, "- y #-celulosa en pastas) está definida únicamente para pastas de papel, y hace especial énfasis sobre ello, se ha optado por utilizar el protocolo propuesto por Rowell para determinar el contenido en !-celulosa y hemicelulosas en muestras de madera. El término hemicelulosas se define en este método como los componentes de la pared celular vegetal que son solubilizados mediante el tratamiento con hidróxido sódico y ácido acético que se expone a continuación, mientras que la !-celulosa corresponde a la fracción de holocelulosa que permanece insoluble tras dicho tratamiento.

Según indica el método empleado, se pesan 2.00±0.01 g de muestra de holocelulosa seca y libre de extractos, extraída del sustrato según el método descrito en el apartado anterior (Método de Wise y col.). Se añaden 10 mL de NaOH al 17.5 % agitando hasta lograr una correcta dispersión. Posteriormente, se añaden 5 mL de NaOH al 17.5 % cada 5 minutos hasta completar un total de 25 mL (3 adiciones de 5 mL). Tras la última adición se deja reposar 30 min a 20 ºC (tiempo total de reacción de 45 minutos). Después, se añaden 33 mL de agua destilada a 20 ºC agitando bien toda la dispersión y se deja reposar 1 hora antes de proceder a su filtrado en un filtro de porosidad media número 2. Posteriormente se lava el residuo sólido con 100 mL de disolución de NaOH al 8.3 % tras lo cuál se lava con agua destilada dos veces más. Se añaden 15 mL de ácido acético al 10 %, dejándolo reaccionar 3 minutos antes de conectar el vacío. Finalmente, se lava con agua destilada hasta que el filtrado queda libre de ácido (pH neutro). Se seca a 105 ºC, se enfría en desecador y se determina la !-celulosa gravimétricamente, correspondiente a la fracción que permanece insoluble a

lo largo de todo el tratamiento. Las hemicelulosas se calculan por diferencia con la muestra inicial. Las cantidades se obtienen de los cálculos siguientes:

% celulosa = mf  / mo x 100

% hemicelulosas= % holocelulosa - % celulosa

 

  Anexo I. Referencias [1] TAPPI Standards, 2007. TAPPI Test Methods, Atlanta. [2] Wise L.E., Murphy M., D’Adieco A.A. Chlorite holocellulose, its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses, Paper Trade J. 122 (1946) 2, 35–43. [3] Rowell R. The Chemistry of Solid Wood. Based on short course and symposium sponsored by the Division of Cellulose, Paper, and Textile Chemistry at the 185th meeting of the American Chemical Society, Seattle, Washington (1983) pp. 70–72.