Aplicación de los líquidos iónicos en la extracción de compuestos fenólicos presentes en el aceite de pirólisis

Abstract

Con el agotamiento paulatino de los combustibles fósiles se va acabando uno de los recursos para la obtención de compuestos fenólicos, que son de gran interés para la industria. Estos compuestos tienen aplicación en las industrias plástica, farmacéutica, cosmética, alimentaria, agraria y química, entre otras. Por ello, es necesaria la búsqueda de alternativas a su obtención a partir de los combustibles fósiles o a la de su síntesis directa a partir de benceno. En los últimos tiempos se ha encontrado una alternativa sustitutiva como es la obtención de los compuestos fenólicos a partir de la biomasa, en concreto de la biomasa lignocelulósica. En lo que concierne a este trabajo, se centrará el estudio en el interés de la biomasa como fuente de compuestos fenólicos. Por otra parte, también tiene ventajas de índole económica e higiénica. Con los recientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) implementados por la Organización de las Naciones Unidas (ONU), esta alternativa cobra un interés creciente. Estos ODS pretenden sustituir para antes de 2030, la economía lineal, caracterizada por el empleo de recursos de tiempo de vida finito que supone fluctuaciones de precios y agotamiento de los mismos, por una economía circular, cuyo principio es el uso de recursos biodegradables que puedan volver a la naturaleza sin provocar impactos medioambientales negativos al agotar su vida útil. A la larga, este sistema económico, además de ser eco-friendly, resulta más económico. La biomasa lignocelulósica proviene de restos y desechos de origen vegetal que pueden ser sometidos, por ejemplo, a un tratamiento de pirolisis rápida. La pirolisis rápida es un tratamiento termoquímico que consiste en el calentamiento a altas temperaturas (>1000ºC) en ausencia de oxígeno y bajos tiempos de residencia en el horno (2s). Tras el tratamiento de la pirolisis se obtienen tres tipos de producto: sólido (cenizas y otros residuos), líquido (aceite pirolítico y alquitranes) y gaseoso (CO2, CO, CH4, H2). La pirolisis rápida maximiza la conversión de la biomasa en aceite pirolítico, el cual es la fuente de productos de alto valor añadido, como los fenoles. La corriente de aceite pirolítico tiene dos tipos de compuestos de mayor interés: los compuestos fenólicos y los azúcares. Para su separación esta corriente se lava con agua, generándose dos corrientes inmiscibles. Mientras la fase acuosa es rica en azúcares, que posteriormente serán sometidos a un proceso de fermentación para obtener bioetanol, la fase orgánica contiene los compuestos de interés de este proyecto. Es por ello que el modelo de aceite pirolítico en la fase experimental serán disoluciones de los fenoles en hexano, modelo de aceite pirolítico por ser uno de sus componentes. El hexano se usa para simplificar el estudio, dada la complejidad de las muestras. Los fenoles más comunes presentes en este aceite son fenol, siringol, guayacol, catecol y cresol, de los cuales serán estudiados los tres primeros con el fin de analizar el efecto de la presencia de grupos metoxilo en la extracción. En la separación de estos compuestos de interés uno de los métodos más populares en la actualidad es el lavado mediante disoluciones alcalinas y ácidas. Sin embargo, este método tiene grandes desventajas tales como ser altamente contaminante, la generación de grandes cantidades de aguas residuales, muy corrosivo, poco rendimiento y costes elevados. En la búsqueda de mejores alternativas, destaca la extracción líquido-líquido (ELL) por encima de otras, caracterizada por ofrecer buenos rendimientos y bajos costes energéticos. Una vez seleccionado el método, la atención se centra en la búsqueda del disolvente adecuado. El interés en los líquidos iónicos (LI) es creciente en los últimos tiempos en comparación con otros disolventes como los compuestos orgánicos volátiles (COV). Éstos últimos acarrean la problemática de su volatilidad, que hace que estos gases permanezcan en la atmósfera, causando contaminación medioambiental y acarreando posibles problemas de salud, y de su solubilidad en el aceite que, en muchos casos, supone peores porcentajes de extracción que los LI. Los LI son especies iónicas formadas por cationes orgánicos y aniones orgánicos o inorgánicos que se encuentran en estado líquido por debajo de 100 ºC. Entre sus propiedades destacan su presión de vapor despreciable, su alta estabilidad térmica y química, su viscosidad variable, su misicibilidad ajustable, la posibilidad de reutilización y su no inflamabilidad. En este estudio experimental se trabajará con tres fenoles (fenol, siringol y guayacol) y tres LI diferentes ([1H1Mpyrr][NTf2], [1B4Mpy][NTf2]) y [1B1Mpip][NTf2]), con el objetivo de analizar cómo afecta la estructura de estos compuestos en los rendimientos de extracción. Los resultados obtenidos muestran que el catión de los líquidos iónicos estudiados no tiene un efecto importante y, sin embargo, la presencia de grupos metoxilo en el fenol provoca una disminución de la cantidad de fenoles extraída. Además, en este trabajo se han utilizado diferentes relaciones disolvente alimentación (D/A) y diferentes disoluciones de hexano de partida (con distinta concentración de compuesto fenólico) con el fin de analizar su efecto en la separación de estas mezclas. Los resultados logrados en este trabajo de fin de grado indican que los porcentajes de extracción aumentan ligeramente con la relación D/A y con la concentración inicial de compuesto fenólico. En todos los casos, se han obtenido porcentajes de extracción muy elevados (en torno al 90 %), lo que pone de manifiesto que los LI podrían ser una alternativa al uso de los COV en este tipo de separaciones, pudiendo resultar interesantes a la hora de aplicarlos a nivel industrial. Sin embargo, esto es un trabajo preliminar, siendo necesarios muchos más estudios antes de su posible implementación en la industria.