IDENTIFICACION DE CAMBIOS ESTRUCTURALES EN PAJA DE TRIGO DURANTE EL PROCESO DE DESLIGNIFICACION ORGANOSOL UTILIZANDO ESPECTROSCOPIA INFLARROJA FTIR

IDENTIFICACION DE CAMBIOS ESTRUCTURALES EN PAJA DE TRIGO DURANTE EL PROCESO DE DESLIGNIFICACION ORGANOSOL UTILIZANDO ESPECTROSCOPIA INFLARROJA FTIR

CAPITULOI

INTRODUCCIÓN

En el campo de los productos forestales se ha tenido un interés especial en el estudio de la celulosa, dado que es la base para bienes de consumo tan diversos como papel, fibras y películas sintéticas (celulosa regenerada), excipientes farmacéuticos (celulosa microcristalina), y mediante modificación química pueden obtenerse desde espesantes para pinturas y cosméticos (carboximetilcelulosa) hasta emulsificantes para alimentos (hidroxipropilcelulosa), por mencionar algunas de las aplicaciones. Por todo esto, la celulosa tiene gran valor industrial.

Para optimizar el aprovechamiento de este recurso, así como para investigar nuevas aplicaciones, es importante contar con técnicas adecuadas de caracterización; sin embargo, la determinación de la estructura de un polisacárido, incluyendo aspectos supramoleculares, es con frecuencia una tarea compleja. Por lo regular, la celulosa y sus derivados se analizan mediante resonancia magnética nuclear (RMN), espectroscopía electrónica para análisis químico (ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) y espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR).

La espectroscopia FTIR es siempre una opción a considerar porque requiere de equipos que son relativamente comunes tanto en los laboratorios de universidades como en los de la industria, brinda una gran cantidad de información relacionada con la conformación molecular, estructura cristalina (polimorfismo) y la naturaleza de los puentes de hidrógeno en la celulosa (que dan origen a su estructura supramolecular).

La paja y otra agrícola residuos existentes en los flujos de residuos de plantas procesadoras de cultivos comerciales tienen poco valor inherente y han constituido tradicionalmente un problema de eliminación. En realidad, estos residuos representan una abundante, barato y fácilmente disponible fuente de biomasa lignocelulósica renovable. Sin embargo, su utilización como un carbohidrato fuente de glucosa y la producción de etanol, y, como una fuente de energía metabólica en los piensos de rumiantes, tiene visto gravemente obstaculizada por la baja eficiencia con el cual los organismos y las enzimas son capaces de convertir la porción de polisacárido del residuo en azúcares monoméricos, que se atribuye a la lignina componente de la pared celular y su asociación con otros polisacáridos de la pared celular (Gould 1989; Sun et al. 2000).

La celulosa es uno de los más importantes naturales polímeros en términos de su producción anual y en sus aplicaciones industriales. Varios sectores industriales, tales como el papel, textil y de material compuesto industrias están haciendo persistente, de los siglos la creciente demanda de materiales de fibra de celulosa (Focher et al. 2001).

La biomasa lignocelulósica está formada básicamente por tres componentes principales (celulosa, hemicelulosa y lignina) junto con otros componentes minoritarios que no forman parte de la pared celular como son los extractivos y las cenizas. La celulosa y hemicelulosa son polisacáridos de alto peso molecular que representan entre el 60-80% del total del peso de los materiales lignocelulósicos. La lignina es un polímero no polisacárido tridimensional de unidades fenilpropano y representa entre el 20-35% del total (Tómas M, 2009).

La espectroscopia ATR-FTIR es simple, directa, flexible y especialmente adecuada para el estudio de la celulosa y sus derivados, pues permite el estudio de superficies in situ [4]. La técnica consiste en el paso de un haz de radiación infrarroja (IR) a través de un cristal transparente al IR y de alto índice de refracción, sobre el que está colocada la muestra. En su paso a través del cristal, el haz IR incidente se refleja varias veces y la superficie de la muestra absorbe parte de la radiación a frecuencias características; por lo tanto, un requerimiento de vital importancia es que haya el contacto adecuado entre el cristal y la muestra

1.1 Antecedentes.

La contaminación ambiental perjudica a millones de personas cada día. En la mayoría de las áreas urbanas, las fuentes industriales y los vehículos crean y contribuyen, de igual manera, al problema. Las emisiones pueden viajar por la acción del viento, desde las ciudades a muchas zonas rurales en donde la agricultura es la actividad principal, aunque ésta también puede contribuir con una cantidad considerable de sustancias dañinas durante algunos meses del año. La más visible es la práctica tradicional de la quema agrícola a cielo abierto, para eliminar los residuos de cosechas, aves y ganado, con el propósito principal de evitar costos y subsistir. Con respecto a los residuos sólidos, producidos en terrenos de cultivo, están los que quedan después de la cosecha de granos o leguminosas como arroz, maíz, trigo y frijol (Poiriez, 2006).

Se considera que la quema en el campo de residuos agrícolas está considerada como fuente de emisión de gases de efecto invernadero (INE, 2002). En México, El Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA); emitió un informe sobre las principales fuentes de emisión de toxinas en México, a partir de factores de emisión desarrollados por la US EPA, y dentro de los cuales están las quemas de residuos agrícolas (INE-CENICA, 2002).

El humo negro o grisáceo de las columnas de humo de la quema de residuos agrícolas, es una mezcla de contaminantes. Se quema principalmente la paja de trigo, cebada y a veces maíz y sorgo. Este humo negro con gran cantidad de contaminantes se integra a los ya existentes en el aire.

1.2 Planteamiento del problema

¿Es posible mediante el análisis con FTIR (espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier) obtener la degradación de la lignina en paja de trigo tratada obteniendo el grado de pureza de celulosa?

1.3 Justificación

El 90% del trigo producido en México se obtiene de las siembras realizadas en el ciclo otoño-invierno bajo condiciones de riego, principalmente en las regiones del Norte y Bajío de México. Por la superficie dedicada a su cultivo y el volumen producido, en el noroeste del país destaca el estado de Sonora, particularmente el sur de la entidad, ya que en el último ciclo se sembraron más de 240,000 hectáreas, con el 83.5% dedicado a variedades de trigo duro y el resto de trigos harineros. Esto conlleva a la generación de grandes cantidades de paja de trigo como residuo agrícola (AgroSíntesis, 2013).

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