Valorización del residuo agroindustrial del tabaco (Nicotina Tabacum L.), utilizándolo en mezclas con pulpa celulósica reciclada, de papel de oficina y diario, para la elaboración de productos moldeados
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Resumen
La biomasa lignocelulósica se refiere a los materiales orgánicos provenientes de plantas y árboles que contienen celulosa, hemicelulosa y lignina, los cuales están firmemente entrelazados y unidos químicamente en sus paredes celulares. Además, estos materiales pueden contener otros compuestos como extractivos y materiales extraños. La celulosa, hemicelulosa y lignina también son los principales componentes de las fibras naturales, que provienen de diversos recursos como madera, fibras recicladas y desechos de biomasa agrícola como la paja de canola, trigo, arroz y cáñamo. Estas fibras se utilizan principalmente para la fabricación de productos de pulpa moldeada. La celulosa del tabaco tiene propiedades similares a las de otras fuentes de celulosa, como la madera, y se puede utilizar para producir papel y otros productos basados en celulosa.
El material fibroso empleado en este estudio proviene de residuos agroindustriales del tabaco (Nicotina tabacum L.), los cuales fueron mezclados con pulpa celulósica reciclada, de papel de oficina y diario, para la elaboración de los productos moldeables. Para transformar los residuos de tabaco a partículas se empleó el molino de martillo de marca: CONDUX-WERK Wolfgang bei Hanau y modelo: LHM 20/16. Con un motor de: 1,5 Kilowatts / 2.01 HP Caballos de Fuerza Mecánicos, 380 V, 2820 rpm, 0.88 Cos Phi y 50 Hz. Los factores seleccionados para el diseño experimental de este estudio fueron los diferentes tipos de papel utilizados en la mezcla: papel de diario (papel periódico), papel de oficina y tabaco y dicho diseño experimental se realizó mediante el software de simulación Statgraphics. La preparación y caracterización de la materia prima (el tabaco, Nicotiana tabacum L.) se llevó a cabo mediante las normas Technical Report NREL/TP-510-42620; en donde fueron pesadas 70 gr de cada muestra y luego procesadas mediante el molino de cuchillas; dichas muestras fueron tamizadas en un conjunto de tamices apilados, donde el superior de malla 20 y el inferior de malla 80. Así pues, para la determinación de humedad de esta biomasa, así como para la determinación de carbohidratos estructurales y lignina en biomasa, se emplearon también las normas establecidas en el Technical Report NREL/TP-510-42620, y para la determinación de extractivos en la biomasa, se emplearon las normas establecidas en el Technical Report NREL/TP-510-42619. Para la preparación de las fibras de tabaco, se utilizó un refinador de disco, marca THE BAUEP BROS. CO y modelo: 148-2, velocidad 2890 rpm. Para la formación de los moldes, se empleó un equipo moldeador y se realizaron los ensayos correspondientes de acuerdo a la norma TAPPI T 402 sp-98 “Standard conditioning and testing atmospheres for paper, board, pulp handsheets, and related products”. En general, los resultados indican que la muestra de biomasa del tabaco (Nicotina tabacum L.) tiene un alto contenido de celulosa y hemicelulosa (glucano y xilanos), así como un contenido significativo de lignina; siendo el contenido promedio de celulosa 32,61%, mientras que la hemicelulosa 17,97% y la lignina representa el 20,71% de la composición de la pared celular; y un contenido del 13,58% de extractivos y del 10,11% de componentes inorgánicos.
Detalles del artículo
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Los autores conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación y pueda editarlo, reproducirlo, distribuirlo, exhibirlo y comunicarlo en el país y en el extranjero mediante medios impresos y electrónicos. Asimismo, asumen el compromiso sobre cualquier litigio o reclamación relacionada con derechos de propiedad intelectual, exonerando de responsabilidad a la Editorial Tecnológica de Costa Rica. Además, se establece que los autores pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
Citas
[1] M. Romano y F. Andrés, “Residuos de la industria de celulosa moldeada. Producción de paneles de relleno para la construcción”. Centro de investigación y desarrollo para la construcción y la vivienda (cecovi) Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Santa Fe, 2013
[2] S. Saval, “Aprovechamiento de Residuos Agroindustriales”, Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria,México, D.F, 2012
[3] Rotoplas, “Qué es la agroindustria y por qué es importante en Argentina”, 2021 En línea https://rotoplas.com.ar/agroindustria/que-es-la-agroindustria-y-por-que-es-importante-en-argentina/
[4] A. Sluiter, R. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton y D. Crocker, “Determination of Structural. National Renewable Energy Laboratory. Laboratory Analytical Procedure (LAP)”, 2008
[5] M. Cantado, Q. Tarrés, J. Méndez., P. Mutjé y M. Delgado, “Drying kinetics of bleached and unbleached kraft pulps from eucalyptus globulus”. Journal of Applied Polymer Science, 92(1), 332-337, 2004 En línea: https://doi.org/10.1002/app.13563
[6] Y. Liu, C. Cao, H. Guo y D. Luo,“Lignin-derived polyphenol-based carbon dots for imaging-guided chemo-photothermal combination therapy of cáncer”. Journal of Materials Chemistry B, 8(28), 6062-6070, 2020 En línea doi:doi.org/10.1039/D0TB00561D
[7] S. Park, S. Kim, Y. Seo y B. Lee,“Characteristics of cellulose extracted from tobacco stem for pulp and paper production”. BioResources, 15(1), 1218-1232, 2020
[8] T. Lindström, G. Carlsson y P. Larsson,“Pulp and paper chemistry and technology. Fiber Chemistry. Walter de Gruyter”, 2005.
[9] S. Qin, Y. Chen, S.Tao, C. Zhang, X. Qin, P. Chen y H. Qi,“High recycling performance of holocellulose paper made from sisal fibers”. ELSEVIER, 2022.
[10] T. Chakrabarty, N. Karak y B. Sarkar,” Pulp and paper production from tobacco stem: An environment friendly approach for waste utilization”. Journal of Cleaner Production, 117, 1-8, 2016.
[11] Ministerio de Energía y Minas, “Guía de Orientación del Uso Eficiente de la Energía y de Diagnóstico Energético. Lima: dirección general de eficiencia energética ministerio de energía y minas, 2016.
[12] P. Mocchiutti,“Mejora de propiedades papeleras de pulpas celulósicas lignificadas de reciclo. Aplicación de tratamientos oxidativos enzimáticos y químicos”. Instituto de Tecnología Celulósica – Facultad de Ingeniería Química Universidad Nacional del Litoral, 2007.
[13] M. Didone. Y G. Toselló, “Molded pulp products for food packaging: State of the art and research challenges”. Journal of Agricultural Engineering, 50(2), 63-79, 2019.
[14] P. Panneerselvam, K. Mahesh, K. Varadharajan, K. Shanmugarajan, P. Srinivasan y V. Krishnaswamy, “Review of tobacco waste management techniques”. Environmental impact assessment review, 86, 106531, 2021.
[15] P. Peng, L. Chen y H. Chen,“The manufacture of food packaging from bamboo pulp”. Packaging Technology and Science, 19(1), 41-49, 2006. En línea https://doi.org/10.1002/pts.710
[16] P. Rattanawongkun, N. Kerddonfag, N. Tawicha, U. Intatha y N. Soykeabkaew, “Improving agricultural waste pulps via self-blending concept with potential use in moulded pulp packaging”.Journal of Environmental Chemical Engineering, 2020.
[17] F. López, R. Zuluaga, C. Orrego y P. Gañán,“Cellulose chemistry and applications. Nova Science Pub Incorporated”, 2018.
[18] S. Rattanawongkun, N. Ke, P. Tawich, U. Intatha y N. Soykeabkaew,“Evaluation of physical properties of paper sheets made from agricultural residues”. Journal of Material Cycles and Waste Management., 22, 35-45, 2020.
[19] K. Dubey y A. Singh, “Paper production from recycled waste paper by pulping: A review”. Journal of Materials Research and Technology, 13, 18-27, 2021. En línea https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.10.052
[20] K. Semple, C. Zhou, O. Rojas, W. Nguegang y C. Dai, “Moulded pulp fibers for disposable food packaging: A state-of-the-art review”. Food Packaging and Shelf Life., 33, 2022.
[21] M. Ghorbani, P. Rezayati., A. Raisi, M. Faezipour y M. Taherzadeh, “Agricultural residue pulping and paper production”, Cellulose, 27(18), 10489-10517, 2020. En línea https://doi.org/10.1007/s10570-020-03449-5
[22] E. Miedes, M. Minteguiaga, A. Vallejo y F. Vilaseca, “New strategies to improve physical properties of recycled paper. Environmental Science and Pollution” Research, 26(19), 19779-19791, 2019.
[23] B. Saha y R. Chowdhury, “Hemicellulose Biorefineries. Biochemical and Biophysical”, Research Communications, 534, 616-624, 2021. En línea https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.11.068
[24] Q. Tarrés, F. Espinach, S. Boufi y P. Mutjé,“The challenge of increasing the use of recycled fibers in papermaking”. The current state of the art. BioResources, 12(1), 2143-.2160, 2017.
[25] P. Zhao, Y. Liu, B. Zhang, Y. Li, F. Wang y L. Chen, “Caustic lignin enhances properties of bagasse pulp through spin coating”. Cellulose, 27, 8825-8834, 2020. En línea https://doi.org/10.1007/s10570-020-03343-0
[26] Y. Zhang, Y. Duan, V. Bokka, K. He y Y. Ni,“Biodegradable and Compostable Thermoplastic Starch-Based Materials for Sustainable Packaging Applications”. Polymers, 13(18), 3120, 2021.
[27] Y. Wang, L. Zhu, C. Li, L. Wang y X., ”A critical review of lignocellulose crystallinity in biomass conversión”. International Journal of Biological Macromolecules, 176, 38-48, 2021.
[28] B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, A. Sluiter, J, Sluiter y D. Templeton,“Technical Report NREL/TP-510-42620. Preparation of Samples for of Samples for Compositional Analysis. (L. A. (LAP), Ed.)” National Renewable Energy Laboratory, 2008.
[29] H. Zhang, C. Duan, S. Bokka, H. He y Y. Ni, “Life cycle assessment and optimization of paper recycling system considering regional carbon intensity and transport distance in China”. Journal of Cleaner Production, 315, 128162, 2021. En línea https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128162
[30] Y. Vargas y L. Peréz, “Aprovechamiento de residuos agroindustriales en el mejoramiento de la calidad del ambiente”. Revista Facultad de Ciencias Básicas, 2018.
[31] X. Tian, H. Liu, X. Teng, R. Yang y X. Li, “Chemical composition and characteristics of cellulose fiber from tobacco stem”. Industrial Crops and Products., 128, 551-557, 2019.
[32] Q. Tarrés, N. Pellicer, A. Balea, N. Merayo, C. Negro, A. Blanco y P. Mutjé, “Lignocellulosic micro/nanofibers from wood sawdust applied to recycled fibers for the production of paper bags”. Elsevier, 2017.
[33] L. Wang y S. Li, “Review on research of pulp molded product quality and production technology”. Advanced Materials Research, 1043, 784-790, 2014. En línea https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1043.784
[34] V. Veintemilla, “Procesos de Moldeado”, 2020. En línea https://es.scribd.com/document/392162516/Procesos-de-Moldeado
[35] TAPPI. “Technical Association of the Pulp and Paper Industry. Test Methods. 2000-2001. Norma Estandarizadas”, 2001.
[36] Y. Zhang, C. Duan, S. Bokka,, Z. He y Y. Ni, “Molded fiber and pulp products as green and sustainable alternatives to plastics” A mini review, 2021.
[37] C. Huang, L. Feng, Z. Zhang, S. Yang y J. Li,“Improvement of molding process of pulp molding products based on experimental study and simulation analysis”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 116, 3425–3435, 2021. En línea https://doi.org/10.1007/s00170-020-06472-0
[38] L. Jaramillo y A. Cuartas,“Elaboración de materiales compuestos a partir de cascarilla de arroz y matrices termoplásticas”. Tecnológico de Antioquía, 2020. En línea https://dspace.tdea.edu.co/handle/tdea/928?locale-attribute=en
[39] M. Hubbe, R. Venditti y O. Rojas,“What happens to cellulose fibers during papermaking and recycling? A review”, BioResources, 2(4), 739-788, 2007.
[40] H. Jiang, H. Meng, H. Wang y Z. Wang,“Comprehensive utilization of tobacco industry waste:. A review”, Journal of cleaner production, 255, 120338, 2020.
[41] V. Kumar, S. Luthra y R. Gupta, “A Review on Tobacco as a Potential Source of Cellulose and its Applications. International”. Journal of Chemical Studies,, 7(4), 2862, 2019.
[42] IMAM, CONICET – UNaM. IMAM, 2020. En línea imam.conicet: https://imam.conicet.gov.ar/gobierno/
[43] K. Lindeberg, M. Ross y K. Butler,“Tobacco use and the heart. Cleveland Clinic” Journal of Medicine, 85(12), 924-930, 2018.
[44] M. Guidobaldi, “Estudio sobre la gestión de residuos de papel y cartón con la finalidad de su recuperación, a través del reciclado”, Tesis de grado, Universidad Nacional de Córdoba, 2012.
[45] M. Kumar, Y. Negi, N. Singh, B. Sarkar y R. Singh, “Production and characterization of unbleached pulp from agricultural residue wheat straw employing alkaline sulfur-free processes. Frontiers in Energy”, Research, 8, 637148, 2021. doi:doi.org/10.3389/fenrg.2020.637148
[46] X. Li. Y L. Liu,“The effect of headgroup charge density of cationic surfactants on the compatibility and wetting of oil-wet kaolinite”. Applied Clay Science, 22(3-4), 139-152, 2003, doi:https://doi.org
[47] Gobierno Nacional de Argentina, “Plan Argentina Innovadora”, Obtenido de Agroindustria, 2020. En línea https://www.argentina.gob.ar/ciencia/argentina-innovadora-2030/plan-argentina-innovadora-2020/agroindustria
[48] V. Kumar, V. Yadav y A. Singh,“Tobacco stem as an alternative raw material for paper industry”, Journal of Scientific and Industrial Research, 74(10), 527-530, 2015.
[49] R.Gupta, S. Luthra y V. Kumar, “Tobacco: Its Historical, Cultural, and Medicinal Importance with a Special Focus on its Usage in Paper Manufacture”. Indian Journal of Forensic Medicine & Toxicology, 14(2), 1072-1076, 2020.
[50] Mongabayauthor, “Cambio climático”, 2014. En línea https://es.mongabay.com/2014/04/como-la-agricultura-industrial-esta-contribuyendo-al-cambio-climatico/
[51] N. Aguilar, “El reciclado de papel y cartón”. Ciencia y Cultura; elementos, 2004.
[52] ASPAPEL, “Tu papel es Importante”. Madrid: Asociación Española de Fabricantes de Pasta, Papel y Cartón, 2005.
[53] M. Didone, F. Chenlo, G. Tosello, “A new ecodesign approach for packaging made of biodegradable materials”, Journal of Cleaner Production, 141, 1141-1151, 2017.
[54] D. Dai, X. Fan, Y. Wang, C. Zhang y H. Jian,“What factors drive the price volatility of recovered paper in China?” Business Management Dynamics, 6(7), 16-28, 2017.
[55] C. Dislaire, B. Seantier, M. Muzy y Y.Grohens, “Mechanical and hygroscopic properties of molded pulp products using different wood-based cellulose fibers”. Polymers, 2021. En línea 13. doi:doi:https://doi.org/10.3390/polym13193225
[56] G. Gavazzo, R. Lanouette y J. Valade, J.“Fabricación de productos en pulpa moldeada”. Ciadicyp, 2017.
[57] K. Caballero, W. Patiño, B. Alvarado, J. Parra y D. Rodriguez, “Obtención de acetato de celulosa a partir de papel reciclado: una alternativa para la producción de acetato de celulosa en Colombia”, 2020.
[58] O. Castellano, “Diseño de un sistema de recolección y disposición de papel como alternativa sustentable para “el consorcio el sitio” (municipio paz castillo, estado miranda). Universidad de Carabobo facultad ingeniería escuela de ingeniería civil departamento de ingeniería ambiental”,Trabajo Especial de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil, 2011.