1 de Septiembre del 2015

Campus León
División de Ciencias e Ingenierías

Laboratorio de Reactores Heterogéneos
Dr. Carlos Eduardo Molina Guerrero

José Miguel Bernal Rangel
Bernalrj2011@licifug.ugto.mx
Reporte de laboratorio #1
Pretratamiento alcalino oxidativo
Reporte de laboratorio #1
Pretratamiento alcalino oxidativo realizado en paja

Objetivo:
Llevar a cabo un pretratamiento alcalino oxidativo para remover la lignina de las paredes celulares, mediante el uso de peróxido de hidrógeno y medir la cinética química del proceso mediante la absorbancia.

Palabras clave:
Biomasa, lignina, pretratamiento alcalino oxidativo.

Introducción La búsqueda de energías limpias, ha traído consigo grandes investigaciones para la producción de diversos combustibles, como pueden ser el biogás y el bioetanol. Ambos pueden obtenerse mediante la fermentación.
La paja es un residuo del cultivo de granos como la cebada, la cual puede ser tratada para la obtención de energía limpia y es sumamente atractiva debido a que puede ser encontrada en casi cualquier parte del planeta. La mayor parte de los componentes de las pajas de cereales (incluyendo proteína y minerales), están asociados a la pared celular. Como media, contienen un 72% de FND distribuida en un 38% de celulosa, un 25% de hemi-celulosa, un 8% de lignina y un 0,2% de cutina. Las dos primeras son potencialmente fermentables por la flora digestiva, pero su degradación se ve limitada por la estructura cristalina de la celulosa y por la existencia de enlaces covalentes con la lignina.
La celulosa, la hemicelulosa y la lignina forman estructuras llamadas microfibrillas, organizadas en macrofibras que regulan la estabilidad de la pared celular. Para un fácil entendimiento podemos realizar una analogía con los castillos usados para la construcción de pilares o columnas.

Llevaremos a cabo la reacción usando un tanque agitado para acelerar el proceso. La técnica de absorbancia que utilizaremos también conocida como Densidad óptica (OD) se define como la relación (logarítmica) entre la intensidad de la luz que incide sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a través de esa muestra. Cuando una luz de una longitud de onda determinada, seleccionada por un filtro, incide sobre una muestra, parte de esa luz es absorbida. La luz no absorbida pasa a través de la muestra y es recogida por un detector colocado en el otro lado del pocillo de la microplaca, frente a la fuente de luz.

Para después transformar la absorbancia en concentración mediante la fórmula:

Donde:
A= Absorbancia ε=Absorbancia molar b=camino óptico
[C]= concentración de la especie en cuestión
“El material lignocelulósico es atractivo por su bajo costo y alta disponibilidad en diversos climas y localidades, sin embargo, el principal impedimento para su utilización es la falta de una tecnología de bajo costo para degradar la fracción recalcitrante de la biomasa.” [1]

Hoy en día existen diversos tratamientos para poder realizar la conversión de paga en una fuente de energía verde, como el bioetanol y biogás, pero debido a los costos y complicaciones de aplicación en lugares donde se tiene este tipo de materia prima, es necesario innovar y encontrar maneras convenientes para la aplicación de estos conocimientos de manera factible.
Material
1. Paja 2. Matraz de 250 ml 3. 5 tubos 4. Agitador mecánico 5. Pipeta de 50 ml 6. Agua oxigenada 7. Peróxido de hidrógeno
Metodología
1. Tomaremos 50 ml de una solución H2O2 al 2% a partir de una solución realizada al 30%, realizando los cálculos necesarios para asegurarnos que nuestra solución final este bien. 2. Solución de NaOH 3M. 3. Poner la paja dentro del matraz y comenzar la agitación. Iniciar un cronómetro para tener referencia del tiempo. 4. Comenzar tomando una muestra al minuto 0, la misma que servirá como referencia. 5. Continuar tomando una muestra cada 30 minutos, hasta alcanzar las 2 horas.

* Cálculos
Solución 1
C1V1= C2V2
50ml2%=(30%)(V2)
V2=50 ml2%(30%)
V2=3.33 ml wpaja=0.523 g pHinicio=6.2 pHfinal=10.3

Figura 1. Matraz al momento de agitar

Figura 2. Muestras tomadas a diferentes tiempos de reacción.

Resultados
Al medir cada 30 minutos la cinética química de la reacción, pudimos observar su comportamiento, al inicio teniendo un gran avance y luego tendiendo a una asíntota.
Los valores obtenidos fueron los siguientes: MUESTRA | MINUTOS | ABSORBANCIA | 0 | 0 | 0.162 | 1 | 30 | 0.406 | 2 | 60 | 0.489 | 3 | 90 | 0.527 | 4 | 120 | 0.59 |

Conclusión
En esta práctica pudimos observar la cinética de la reacción de un pretratamiento alcalino oxidativo, nuestros datos fueron congruentes con lo pensado ya que de inicio tenemos mayor materia para convertir, después esta tendencia comienza a decrecer debido a que gran parte de la lignina ha reaccionado.

Referencias
[1] Cuervo, Laura. Folch, Jorge Luis. Quiroz, Rosa Estela. “Lignocelulosa Como Fuente de Azúcares Para la Producción de Etanol.”

http://www.fundacionfedna.org/ingredientes_para_piensos/paja-de-cereales-trigo-y-cebada
http://www.smbb.com.mx/revista/Revista_2009_3/Lignocelulosa.pdf