Lingin depolymerization by supercritical water ultrafast reactions

Abstract

La necesidad de desarrollar tecnologías sostenibles, junto con la creciente preocupación por la protección del medio ambiente y las preguntas sobre la disponibilidad futura de materias primas petroquímicas han estimulado la investigación y el desarrollo hacia nuevos materiales de recursos renovables respetuosos con el medio ambiente y sostenibles. En este contexto, la lignina, un polímero natural complejo obtenido como subproducto en grandes cantidades en las industrias papeleras y en las biorefinerías modernas, se presenta como un candidato prometedor para estos fines.

El objetivo de esta tesis es valorizar la lignina obteniendo productos de alto valor a través de una tecnología ultrarrápida y ecológica que emplea agua supercrítica como solvente y tiempos de reacción de milisegundos.

La investigación comenzó con el estudio del efecto de los parámetros que controlan la despolimerización de la lignina: temperatura y tiempo de reacción. Para este estudio, se eligió como materia prima la lignina Kraft como ejemplo de subproducto de la industria de la pulpa y el papel. A 386ºC y alrededor de 200 ms, se logró el mayor rendimiento en monómeros aromáticos.

El segundo paso de esta investigación consistió en aumentar el rendimiento de despolimerización agregando NaOH al proceso de agua supercrítica. La reacción alcanzó un punto óptimo a 300 ms con un rendimiento del 60% en productos aromáticos como guaiacol, creosol, vanillina y acetovanilona.

En la tercera parte de esta tesis, el proceso de despolimerización en agua alcalina supercrítica se extrapola a pulpa real y residuos de biorrefinería. Se comprobó que la tecnología propuesta es efectiva para tratar licores negros directamente industriales, obteniendo un rendimiento superior al 50% en peso en componentes aromáticos de bajo peso molecular.

Finalmente, dado que esta tesis se centró en el desarrollo de un proceso continuo para su futura industrialización, en el cuarto capítulo, se simuló un proceso continuo aguas abajo para recuperar los productos de bajo peso molecular de la mezcla de reacción usando Aspen HYSYS V10. En este trabajo se desarrolló una estrategia económicamente y energéticamente viable.