Oxidación de lignina kraft de pino para la obtención de vainillina utilizando un reactor con recirculación

DOS SANTOS, R. J.; VALLEJOS, M.E.; FELISSIA, F.E.

Posadas, Misiones

Jornada; IX Jornadas Científico-Tecnológicas de Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales - UNaM; 2015

La vainilla es una de las sustancias más importantes en todala industria de aromatizantes y saborizantes, cuyo principal componente es lavainillina (4-hidroxi-3-metoxibenzaldehído). Hoy en día, se la obtienesintéticamente a partir del guayacol (derivado del petróleo) o a partir delignosulfonatos (lignina proveniente del proceso al sulfito) con niveles deproducción de 11.500 T/año y 3.500 T/año, respectivamente. La lignina es elsegundo polímero más abundante en la naturaleza después de la celulosa, por loque representa una materia prima renovable muy interesante a la hora de pensar enreemplazar derivados del petróleo. El proceso químico de producción de fibras celulósicasse basa en la disolución de una cantidad suficiente de lignina para liberar lasfibras. El pulpado Kraft es el proceso predominante en el mundo: en éste, lalignina se disuelve y al final del pulpado se separa junto con el ?licornegro?, el cual es concentrado y quemado para producir energía y recuperar losquímicos de cocción. La recuperación de una fracción de lignina para obtenerproductos de alto valor puede ser una alternativa económica muy interesante.Además, permite disminuir la carga sobre los quemadores, que suelen ser elcuello de botella del proceso, y de este modo aumentar la producción. El incrementosostenido del precio del crudo en los últimos años y la aplicación de ciertas políticasambientales, ha generado una tendencia hacia la obtención de productos a partirde fuentes renovables. La vainillina obtenida a partir de lignina tiene unahuella de carbono un 90% menor que la que proviene del guayacol. El objetivo deeste trabajo fue obtener vainillina a partir de lignina precipitada de licornegro Kraft de pino. Para ello se utilizó un diseño factorial (24) donde seestudió el efecto de la presión parcial de oxígeno (2 ? 4 kg/cm2), latemperatura (130 ? 150ºC), el tiempo de reacción (20 ? 40 min) y la presencia ono de catalizador (mezcla de CuSO4 y Fe2(SO4)3) sobre el rendimiento devainillina y ácido vainíllico. Las experiencias se realizaron en un reactor MKadaptado, con sistema de recirculación y aspersión de líquidos, utilizando unlitro de solución de NaOH 2M y 60 g de lignina. Durante la reacción deoxidación de la lignina se tomaron muestras de líquido a diferentes tiempos(entre 0 y 200 minutos) para su análisis. La cuantificación de los productos deoxidación de la lignina se realizó mediante cromatografía líquida (HPLC). Seconcluyó que los únicos factores estadísticamente significativos (Nivel de Confianzadel 95%) para las condiciones estudiadas fueron la temperatura, la presión parcialde oxígeno y el tiempo, todos con un efecto positivo sobre la concentración de vainillinay el ácido vainíllico cuando se produce un incremento en las variables mencionadas.Siguiendo la evolución de la concentración de vainillina con el tiempo, se observóque la presencia de catalizador tiene un efecto favorable a tiempos mayores. Comose esperaba, las condiciones más agresivas de presión y temperatura producen concentracionesmáximas de vainillina en tiempos menores (60 y 40 minutos para la reacción cony sin catalizador respectivamente) que las condiciones más suaves (180 minutospara la reacción catalizada). Los rendimientos máximos de vainillina variaron entre1,65 y 1,83% sobre lignina Klason, que representan entre 40 y 45% de lavainillina obtenida mediante la oxidación analítica con nitrobenceno. En todaslas experiencias, la presencia de catalizador produjo un incremento en el valormáximo de vainillina obtenido, el cual superó entre 18 y 37% a las experienciasno catalizadas.