Purificación de celulosa de la paja de arroz mediante proceso combinado de extracción con agua subcrítica y blanqueo con peróxido de hidrógeno

Abstract

[ES] La paja de arroz es un residuo agroalimentario producido a gran escala a nivel mundial (756 millones de toneladas en 2020). Su composición lignocelulósica le convierte en una fuente importante de celulosa que puede ser recuperada para diversos usos, dándole valor añadido al subproducto. En este trabajo se ha llevado a cabo la recuperación de la celulosa de la paja de arroz, considerando un aprovechamiento integral del residuo, mediante la aplicación de la extracción con agua subcrítica para separar la fracción activa rica en compuestos fenólicos y la purificación del residuo de extracción rico en celulosa. El residuo de extracción se ha purificado mediante un proceso oxidativo (blanqueo) utilizando agua oxigenada, para evitar el uso de derivados clorados contaminantes. Se ha optimizado el proceso de blanqueo de los residuos de la extracción subcrítica a 160 ºC y 180 ºC, utilizando un diseño de experimentos factorial con las variables: concentración agua oxigenada (2, 4 y 8 %), pH del medio (10,11 y 12), tiempo de reacción (1 y 2 h) y presencia o no de inhibidor de la reacción oxidativa. Las muestras obtenidas en cada conjunto de condiciones fueron analizadas en cuanto a su color y rendimiento másico para determinar el avance del proceso de blanqueado. Se observó que con 4 % de H2O2, a pH 12, y 1 h de tratamiento, se alcanzó el máximo índice de blancura y la máxima extracción de compuestos no celulósicos. Con estas condiciones, las muestras se sometieron a cuatro ciclos sucesivos de blanqueado para incrementar el contenido final de celulosa, lo que se corroboró con el análisis composicional, termogravimétrico y microestructural de las fibras. El tratamiento con agua subcrítica a 180 ºC fue el más efectivo para la purificación de la celulosa del residuo, con cuatro ciclos de blanqueado (1 h cada uno) utilizando H2O2 al 4 % y pH 12, proporcionando un rendimiento en fibras de la paja del 34,9 %, con un contenido final de celulosa del 86 %.

Este trabajo se relaciona con los siguientes ODS de la Agenda 2030: ODS 12 (Producción y consumo responsables), ODS 13 (Acción por el clima), ODS 14 (Vida submarina) y ODS 15 (Vida de ecosistemas terrestres).

[EN] Rice straw is an agri-food waste produced on a large scale worldwide (756 million tonnes in 2020). Its lignocellulosic composition makes it an important source of cellulose that can be recovered for various uses, giving added value to the by-product. In this work, the recovery of cellulose from rice straw has been carried out, considering an integral use of the residue, through the application of subcritical water extraction to separate the active fraction rich in phenolic compounds and the purification of the extraction residue rich in cellulose. The extraction residue has been purified by an oxidative process (bleaching) using hydrogen peroxide to avoid the use of polluting chlorinated derivatives. The bleaching process of the extraction residues obtained at 160 ºC and 180 ºC has been optimised using an experimental factorial design with the variables: hydrogen peroxide concentration (2, 4 and 8 %), pH of the medium (10, 11 and 12), reaction time (1 and 2 h) and presence or absence of inhibitor of the oxidative reaction. The samples obtained in each set of conditions were analysed for colour and mass yield to determine the progress of the bleaching process. It was observed that with 4 % H2O2, at pH=12, and 1 h of treatment, the maximum whiteness index and the maximum extraction of non-cellulosic compounds were reached. Under these conditions, the samples were subjected to four successive bleaching cycles to increase the final cellulose content, which was corroborated by compositional, thermogravimetric and microstructural analysis of the fibres. Subcritical water treatment at 180 ºC was the most effective for cellulose purification of the extraction residue, with four bleaching cycles (1 h each) using H2O2 at 4 % and pH 12, providing a straw fibre yield of 34.9 %, with a final cellulose content of 86 %.

This work is related to the following SDGs of the 2030 Agenda: SDG 12 (Responsible Consumption and Production), SDG 13 (Climate Action), SDG 14 (Life Below Water) and SDG 15 (Life on Land).