Aprovechamiento de los residuos de piña para la producción de celulosa nanofibrilar (NFC) y nanocelulosa cristalina (NCC)

Abstract

Los residuos generados a partir de la siembra de piña en Costa Rica, se consideran un problema, debido a su lenta degradación y la utilización de agroquímicos para desecarla en campo. La producción de este cultivo se ha incrementado, esto debido a la gran demanda de la fruta a nivel mundial, este aumento en la producción ha traído consigo múltiples problemas ambientales, por lo tanto, la utilización del rastrojo de piña como fuente de celulosa es una posibilidad que beneficiaría al país en la reducción de los impactos ambientales de esta actividad. A partir de esta biomasa fue posible extraer tanto nanofibras de celulosa (NFC) como nanocristales (NCC). La NFC se obtuvo por medio de una oxidación mediada por 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilo (TEMPO) y posterior homogeneización mecánica, mientras que los NCC se obtuvieron aplicando una hidrólisis ácida con H2SO4. Las nanofibras de celulosa (NFC) son el conjunto de moléculas poliméricas que poseen elongación estabilizada por puentes de hidrógeno. Tienen la característica de ser resistentes y flexibles gracias a que contienen partes amorfas y cristalinas. Su diámetro ronda los 2-20 nm y el largo puede superar los 10 μm. Por otro lado, los nanocristales de celulosa (NCC) tienen diámetros de 8-20 nm y longitudes de 100 nm a 600 nm y consisten en la separación de las partes cristalinas de las NFC, por esta razón son más rígidos y resistentes. Para las muestras de NFC se evaluó la estabilidad térmica y la temperatura a la que se da la velocidad máxima de degradación, así como también se estudiaron los cambios estructurales generados por la oxidación mediada por TEMPO. Mientras que para la NCC se evaluaron las propiedades físicas como el tamaño y el potencial z para la celulosa nanocristalina, las cuales indicaron que la distribución de tamaño y potencial z son característicos para muestras de esta nanoestructura. Se está evaluando actualmente por microscopía electrónica la estructura morfológica de ambas muestras, con el fin de observar la diferencia existente entre las nanofibras y los nanocristales.

The waste generated from the pineapple cultivation in Costa Rica is considered a problem, due to its slow degradation and the use of agrochemicals the material on the field. The production of this crop has increased, this due to the great demand of fruit worldwide, this increase in production has brought multiple environmental problems, therefore, the use of pineapple stubble as a source of cellulose is a possibility that would benefit the country, by reducing the environmental impact of this activity. From this biomass was possible to extract both cellulose nanofibers (NFC) and nanocrystals (NCC). The NFC was obtained by means of oxidation mediated by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and the mechanical homogenization, while the NCC were obtained by applying acid hydrolysis with H2SO4. Cellulose nanofibers (NFC) are the set of polymer molecules that have stabilized elongation by hydrogen bridges. They have the characteristic of being resistant and flexible because they contain amorphous and crystalline parts. Its diameter is around 2-20 nm and the length can exceed 10 μm. On the other hand, cellulose nanocrystals (NCC) have diameters of 8-20 nm and lengths of 100 - 600 nm and consist of the separation of the crystalline parts of the NFC, for this reason, are more rigid and resistant. For the NFC samples, the thermal stability and the temperature at which the maximum degradation velocity was given were evaluated, as well as the structural changes generated by the TEMPO-mediated oxidation were studied. Physical properties such as size and potential z were evaluated for nanocrystalline cellulose, which indicated that the size and potential z distribution are characteristic for samples with this nanostructure. The morphological structure of both materials are currently being evaluated by electron microscopy in order to observe the difference between nanofibers and nanocrystals.