Obtención de nanofibras de celulosa aisladas de material lignocelulósico mediante hidrólisis ácida

Abstract

"La entrada periódica de cantidades masivas de especies pelágicas de sargazo en el Caribe mexicano ha planteado desafíos ecológicos, sociales y económicos a la región y al país. Por lo tanto, desarrollar productos de sargazo para la resiliencia ambiental ayudaría a mitigar este problema. A través de cinco etapas, el presente trabajo tiene como objetivo aislar nanofibras de celulosa (NFCs) a partir del sargazo mediante tres rutas RA, RB y RC. Las etapas consisten en el pretratamiento del sargazo (biomasa), mediante un proceso organosolv y doble proceso oxidativo con hipoclorito de sodio (NaClO) y peróxido de hidrógeno (H2O2) para aislar celulosa. Posteriormente se realiza una hidrólisis ácida con ácido sulfúrico (H2SO4) para eliminar las regiones amorfas de la celulosa aislada. Como resultado, se obtuvo una suspensión coloidal de NFCs observadas por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y secadas a temperatura ambiente para su análisis mediante Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), corroborando la presencia de celulosa. En los espectros por FTIR, las bandas de absorción prevalecen en la región entre 3400 – 3200 cm-1 que pueden atribuirse a las vibraciones de estiramiento O-H de grupos hidroxilo presentes en la celulosa, las bandas en 1400 cm-1 son asociadas al estiramiento C=C de compuestos aromáticos, donde la intensidad disminuye notablemente en cada uno de los tratamientos, indicando la eliminación de polifenoles. La señal en 899 cm-1, para NFCs-RA y 898 cm-1 en NFCs-RB y NFCs-RC observada, se asocia con las deformaciones C1-H en los enlaces β-glucosídicos de la celulosa, cuya intensidad se incrementa tras cada tratamiento, indicando un mayor aislamiento de celulosa. Además, también se estudió la cristalinidad del material mediante difracción de rayos X; identificando el sistema monoclínico correspondiente a la celulosa Iβ del dimorfismo cristalino presente en la celulosa nativa. Esta metodología permitió obtener NFCs-RA, RB y RC a partir del sargazo con potencial para aplicaciones como sensores, aerogeles y membranas."

"The periodic entry of massive quantities of pelagic sargassum species into the Mexican Caribbean has posed ecological, social, and economic challenges to the region and the country. Therefore, developing sargassum products for environmental resilience would help mitigate this problem. Through five stages, this work aims to isolate cellulose nanofibers (CNFs) from sargassum using three routes: RA, RB, and RC. The stages consist of pretreatment of sargassum (biomass) using an organosolv process and a double oxidative process with sodium hypochlorite (NaClO) and hydrogen peroxide (H2O2) to isolate cellulose. Acid hydrolysis with sulfuric acid (H2SO4) is subsequently performed to eliminate the amorphous regions of the isolated cellulose. As a result, a colloidal suspension of NFCs was obtained observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and dried at room temperature for analysis by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), corroborating the presence of cellulose. In the FTIR spectra, the absorption bands prevail in the region between 3400 - 3200 cm-1 which can be attributed to the O-H stretching vibrations of hydroxyl groups present in cellulose, the bands at 1400 cm-1 are associated with the C=C stretching of aromatic compounds, where the intensity decreases notably in each of the treatments, indicating the elimination of polyphenols. The signal at 899 cm-1 for NFCs-RA and 898 cm-1 for NFCs-RB and NFCs-RC observed is associated with the C1-H deformations in the β-glucosidic bonds of cellulose, whose intensity increases after each treatment, indicating greater cellulose isolation. In addition, the crystallinity of the material was also studied by X-ray diffraction; identifying the monoclinic system corresponding to cellulose Iβ of the crystalline dimorphism present in native cellulose. This methodology allowed obtaining NFCs-RA, RB and RC from sargassum with potential for applications such as sensors, aerogels and membranes."