Identificación del mecanismo de solvatación de biomasa lignocelulósica con líquidos iónicos

Abstract

Se realizo un estudio sobre la reacción de solvatación y recuperación de polímeros estructurales de biomasa lignocelulósica con líquido iónico cloruro de 1-butil-3 metil-imidazolio. Se utilizo raquis de plátano como biomasa, la cual fue caracterizada mediante protocolos NREL y mediante un diseño factorial se evalúo los factores más influyentes del proceso y las mejores condiciones de temperatura, tiempo de reacción y carga de sólidos para la recuperación de celulosa, hemicelulosa y lignina, los resultados mostraron que el tratamiento permite una disolución máxima de raquis del 40.02% a 100ºC, 48h y 10%w/w y una máxima recuperación de polímeros de 45.92% de la biomasa total solvatada a condiciones de 100ºC, 15h y 5%w/w. Adicionalmente se planteo un mecanismo de reacción global para la solvatación de biomasa lignocelulósica basado en un proceso de rompimiento de enlaces β-O-4 éter presentes en lignina y un desplazamiento de puentes de hidrogeno formados por grupos hidroxilo. El mecanismo fue evaluado mediante un estudio computacional en base a la teoría de funcionales de densidad.

Abstract: In this work we realized a study about the solvation reaction and recovery of structural polymers and lignocellulosic biomass in ionic liquid 1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride. Banana rachis as biomass was used and characterized by NREL protocols and by using a factorial design the most influential factors in the process and the best conditions of temperature, reaction time and solids loading for the recovery of cellulose, hemicellulose and lignin was evaluated, the results showed that treatment achieved a maximum dissolution of rachis of 40.02 % at 100 °C , 48h and 10% w/w and a maximum recovery of polymers of 45.92% of the total biomass solvated in conditions of 100 °C , 15h and 5 %w/w. In addition, the reaction mechanism for the solvation of lignocellulosic biomass is based on a process of breaking β-O-4 ether linkages present in lignin and a displacement of hydrogen bonds formed by hydroxyl groups. The mechanism was evaluated through a computational study based on density functional theory.