Estudio de membranas compuestas basadas en los biopolímeros quitosano y lignina

Abstract

[ES] El quitosano es uno de los biopolímeros más profundamente estudiados y ha sido objeto de investigación en diversos campos de aplicación en los últimos años, como en la industria, la agricultura, la alimentación y la salud. El quitosano es un derivado desacetilado de la quitina, que principalmente se obtiene a partir de las cáscaras de desecho de crustáceos, tras ser consumidos como alimentos. Este material ofrece grandes posibilidades debido a su estructura molecular, que contiene grupos funcionales hidroxilo, amino y amida que permiten la interacción con otros materiales y amplias capacidades de modificación. En ese sentido, la combinación con otros materiales de origen renovable podría ofrecer nuevas alternativas en el ámbito de los biopolímeros. La lignina, otro biopolímero ampliamente disponible en la naturaleza, posee una gran cantidad de grupos funcionales capaces de interaccionar con los del quitosano para dar como resultado un material compuesto. La lignina es un biopolímero reticulado de elevado peso molecular que forma parte de la estructura de los tejidos de soporte de plantas vasculares y que aporta rigidez a la planta. En este estudio se propone la preparación y caracterización de membranas basadas en quitosano y lignina como una alternativa sostenible, y de bajo coste. Para ello, se realizará una amplia revisión bibliográfica de estos materiales para, seguidamente, preparar y caracterizar el comportamiento de estas membranas con un contenido de lignina que variará de 0,25 a 1,00% en porcentaje en peso. La preparación de las membranas se realizará mediante la técnica de disolución-vertido. La caracterización estará basada en el estudio de su estructura química, morfología microscópica, propiedades térmicas y estabilidad térmica, así como en el comportamiento de estabilidad hidrotérmica en función de la composición de lignina. Asimismo, se determinará su conductividad eléctrica y protónica para sugerir posibles aplicaciones en el campo de los bio-envases inteligentes o electrolitos en pilas de combustible.

[CA] El quitosà és un dels biopolímers més profundament estudiats i ha estat objecte de recerca en diversos camps d'aplicació en els últims anys, com en la indústria, l'agricultura, l'alimentació i la salut. El quitosà és un derivat desacetilat de la quitina, que principalment s'obté a partir de les closques de rebuig de crustacis, després de ser consumits com aliments. Aquest material ofereix grans possibilitats per la seua estructura molecular, que conté grups funcionals hidroxil, amino i amida que permeten la interacció amb altres materials i amples de modificació. En aquest sentit, la combinació amb altres materials d'origen renovable podria oferir noves alternatives en l'àmbit dels biopolímers. La lignina, un altre biopolímer àmpliament disponible en la naturalesa, posseeix una gran quantitat de grups funcionals capaços d'interaccionar amb els del quitosà per donar com a resultat un material compost. La lignina és un biopolímer reticulat d'elevat pes molecular que forma part de l'estructura dels teixits de suport de plantes vasculars i que aporta rigidesa a la planta. En aquest estudi es proposa la preparació i caracterització de membranes basades en quitosà i lignina com una alternativa sostenible, i de baix cost. Per a això, es realitzarà una àmplia revisió bibliogràfica d'aquests materials per, tot seguit, preparar i caracteritzar el comportament d'aquestes membranes amb un contingut de lignina que variarà de 0,25 a 1,00% en percentatge en pes. La preparació de les membranes es realitzarà mitjançant la tècnica de dissolució-abocament. La caracterització estarà basada en l'estudi de la seua estructura química, morfologia microscòpica, propietats tèrmiques i estabilitat tèrmica, així com en el comportament d'estabilitat hidrotèrmica en funció de la composició de lignina. Així mateix, es determinarà la seua conductivitat elèctrica i protònica per suggerir possibles aplicacions en el camp dels bio-envasos intel·ligents o electròlits en piles de combustible.

[EN] Chitosan is one of the most thoroughly studied biopolymers and has been the subject of research in recent years in various fields of application, such as industry, agriculture, food and health. Chitosan is a deacetylated derivative of chitin, which is mainly obtained from the waste shells of crustaceans, once they have been consumed as food. This material offers great possibilities due to its molecular structure, which contains hydroxyl, amino and amide functional groups that allow interaction with other materials and extensive modification capabilities. In this sense, the combination with other renewable materials could offer new alternatives in the field of biopolymers. Lignin, another widely available biopolymer in nature, possesses a large number of functional groups capable of interacting with those of chitosan to result in a composite material. Lignin is a high molecular weight cross-linked biopolymer that is part of the structure of plant support vascular tissues that provides rigidity to the plant. This study proposes the preparation and characterization of membranes based on chitosan and lignin as a sustainable, low-cost alternative biocomposite. For this purpose, an extensive bibliographic review of these materials will be carried out. Subsequently, membranes will be prepared and characterized with a lignin content that will vary from 0.25 to 1.00 %wt. The preparation of the membranes will be carried out by means of the solvent-casting technique. The characterization will be based on the study of its chemical structure, microscopic morphology, thermal properties and thermal stability, as well as on the hydrothermal stability as a function of the lignin composition. Likewise, the electrical and proton conductivity of the membranes will be determined to suggest feasible applications in the field of smart bio-packaging or electrolytes in fuel cells.