ES2828302T3 - Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice - Google Patents

Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice Download PDF

Info

Publication number
ES2828302T3
ES2828302T3 ES17159836T ES17159836T ES2828302T3 ES 2828302 T3 ES2828302 T3 ES 2828302T3 ES 17159836 T ES17159836 T ES 17159836T ES 17159836 T ES17159836 T ES 17159836T ES 2828302 T3 ES2828302 T3 ES 2828302T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
silica
lignin
mixture
extraction
simultaneous extraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17159836T
Other languages
English (en)
Inventor
Mlayah Bouchra Benjelloun
Michel Delmas
Nadja Cachet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ind de la Matiere Vegetale Cimv Cie
Compagnie Industrielle de la Matiere Vegetale SA CIMV
Original Assignee
Ind de la Matiere Vegetale Cimv Cie
Compagnie Industrielle de la Matiere Vegetale SA CIMV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind de la Matiere Vegetale Cimv Cie, Compagnie Industrielle de la Matiere Vegetale SA CIMV filed Critical Ind de la Matiere Vegetale Cimv Cie
Application granted granted Critical
Publication of ES2828302T3 publication Critical patent/ES2828302T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/005—Lignin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07G—COMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
    • C07G1/00—Low-molecular-weight derivatives of lignin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de material vegetal lignocelulósico, caracterizado por que comprende las etapas de: a) fraccionar el material vegetal lignocelulósico en presencia de una disolución ácida que comprende al menos el 50% en peso de ácido acético y al menos el 20% en peso de ácido fórmico, para obtener una fracción sólida que comprende celulosa, lignina residual y sílice; b) extraer simultáneamente la lignina y la sílice de la fracción sólida obtenida en la etapa a) con una disolución básica, a un pH de entre 10 y 13 y a una temperatura de entre 70°C y 90°C, para obtener una fase líquida que comprende lignina y sílice, y una fase sólida; c) separar la fase líquida y de la fase sólida obtenida en la etapa b), d) coprecipitar una mezcla de lignina y sílice comprendida en la fase líquida, a un pH de entre 5 y 6.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice
Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un procedimiento para la extracción simultánea de una lignina y una sílice, en particular una lignina y una sílice químicamente no modificadas, a partir de material vegetal lignocelulósico y al uso de la mezcla obtenida como carga de refuerzo para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros.
Antecedentes de la técnica
El refuerzo de relleno de elastómeros es un área de interés en diversas industrias, tal como la industria del caucho. El caucho relleno se usa ampliamente para aplicaciones tales como neumáticos y sistemas de aplicaciones antivibración. Dos de las cargas más comunes son el negro de carbón y la sílice.
La sílice se usa como relleno activo en elastómeros. Se puede usar como tal o silanizada antes de su uso. La silanización de la sílice reduce el tiempo de vulcanización del elastómero y aumenta la interacción entre el relleno y la matriz del polímero.
Las formulaciones de elastómeros generalmente contienen menos de 100 partes por cien de caucho (PHR, por sus siglas en inglés) de carga activa (es decir, negro de carbón o sílice). En general, las mezclas contienen aproximadamente 50 PHR de carga activa. Estos rellenos están compuestos del 0 al 100% de sílice.
El mejor compromiso entre la adición de sílice y las propiedades mecánicas del elastómero se obtiene para de 20 a 30 PHR de sílice (y de 30 a 20 PHR de negro de carbón). Esta cantidad puede variar dependiendo de la naturaleza de la matriz elastomérica usada.
Por tanto, en la mayoría de los casos, la mejor formulación se obtiene con una mezcla 50/50 de negro de carbón/sílice.
La adición de sílice a las formulaciones permite incrementar:
- la dureza (o rigidez),
- la resistencia a la tracción, y
- el alargamiento en el punto de rotura,
de la formulación del elastómero.
La sílice usada en los elastómeros suele ser de origen mineral. Sin embargo, existe otra fuente importante de sílice. Los cereales son una rica fuente de sílice. Por ejemplo, la paja de arroz puede comprender más del 10% de sílice. En consecuencia, la paja y la paja de los cereales representan una fuente importante de sílice. De hecho, estos materiales de desecho se usan muy poco y cuando se usan, su uso suele estar limitado por la presencia de la sílice. La sílice es, en particular, un obstáculo importante para el uso de la paja de cereales en la producción de pulpa de papel. La técnica más común para la extracción de la sílice procedente de los desechos vegetales es su combustión. Sin embargo, la calidad de la sílice obtenida por combustión es mala. La razón es que la sílice obtenida por combustión presenta una baja pureza y las partículas de sílice tienen diámetros altos. Además, la combustión de estos residuos tiene un impacto negativo sobre el medio ambiente ya que genera emisiones de azufre y de óxido de nitrógeno. Además, la combustión de estos residuos da como resultado la pérdida de compuestos orgánicos ventajosos que se podrían reciclar.
El negro de carbón se produce mediante la combustión incompleta de productos petrolíferos pesados. Es de gran interés su sustitución, parcial o total, por una carga de origen biológico que tenga al menos las mismas propiedades de refuerzo.
El uso de una lignina pura, no degradada y químicamente no modificada (en adelante Biolignin™) como reemplazo del negro de carbón para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros, ya se ha descrito en el documento WO 2014/012924. Las propiedades fisicoquímicas específicas de la lignina no modificada en el documento WO 2014/012924 confirmaron su potencial como un excelente sustituto del negro de carbón para el refuerzo mecánico en estructuras de elastómeros poliméricos.
Por tanto, existe la necesidad de proporcionar un procedimiento para obtener un producto de origen biológico respetuoso con el medioambiente derivado de un material vegetal, por ejemplo, a partir de un subproducto agrícola, pudiendo dicho producto de origen biológico mejorar el refuerzo mecánico de los polímeros elastómeros, en particular, la dureza o rigidez, la resistencia a la tracción y el alargamiento en el punto de rotura.
Existe además la necesidad de un producto de origen biológico respetuoso con el medio ambiente derivado de un material vegetal, para su uso como relleno de refuerzo para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros en sustitución del negro de carbón, que se produce mediante la combustión incompleta de productos petrolíferos pesados.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice, en particular una mezcla de una lignina no modificada químicamente y sílice, más particularmente una mezcla de Biolignin™ y sílice, a partir de material vegetal lignocelulósico.
La presente invención también se refiere al uso de una mezcla de lignina y sílice, en particular una mezcla de una lignina no modificada químicamente y sílice, más particularmente una mezcla de Biolignin™ y sílice, obtenida mediante el procedimiento de la invención, como un relleno de refuerzo para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros.
La presente invención se refiere además a un elastómero que comprende una mezcla de lignina y sílice, en particular una mezcla de lignina no modificada químicamente y sílice, más particularmente una mezcla de Biolignin™ y sílice, obtenida mediante el procedimiento de la invención.
La presente invención se refiere además a una mezcla de lignina y sílice, en particular a una mezcla de una lignina no modificada químicamente y sílice, más particularmente una mezcla de Biolignin™ y sílice, obtenida mediante el procedimiento de la invención.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de material vegetal lignocelulósico, como se define en la reivindicación 1.
La presente invención también se refiere a la mezcla de lignina y sílice obtenida según este procedimiento, en donde la relación en masa de lignina/sílice está entre 85/15 y 50/50.
La lignina extraída simultáneamente con la sílice según el procedimiento de la invención es preferiblemente una lignina no modificada químicamente, y más preferiblemente Biolignin™. Tales ligninas están bien descritas en el documento WO 2014/012924.
La primera etapa del procedimiento según la invención comprende fraccionar el material vegetal lignocelulósico en presencia de una disolución ácida, para obtener una fracción sólida que comprende celulosa.
El material vegetal lignocelulósico puede ser cualquier tipo de material vegetal lignocelulósico que comprenda lignina y sílice. En particular, el material vegetal lignocelulósico puede ser paja y/o cascarilla de cereal. Los cereales son ricos en lignina y sílice. De esta forma se valorizan la paja y la cascarilla que son subproductos agrícolas. Los cereales usados en el procedimiento según la invención pueden ser, por ejemplo, trigo, arroz, maíz o cebada, centeno, avena, triticale, etc. Por tanto, el material vegetal lignocelulósico puede ser paja de trigo o de arroz y/o cascarilla de trigo o de arroz. Según una realización, el material vegetal lignocelulósico es paja de trigo. Según otra realización, el material vegetal lignocelulósico es paja de arroz. Esta última es particularmente rica en sílice.
Antes de la etapa de fraccionamiento, se tiene cuidado de que la humedad del material vegetal lignocelulósico sea menor o igual al 25% en peso de agua con respecto al material seco. La materia prima lignocelulósica se muele preferiblemente y se reduce a fragmentos o esquirlas o astillas de sustancialmente entre 0,5 y 20 cm de longitud. Antes de la etapa de fraccionamiento, también es posible llevar a cabo la impregnación previa del material vegetal lignocelulósico a una temperatura al menos 30°C inferior a la temperatura de reacción. La impregnación por inmersión se puede llevar a cabo durante 10 a 30 minutos en una mezcla de ácido fórmico/ácido acético. Las reacciones de impregnación y fraccionamiento se llevan a cabo preferiblemente a presión atmosférica.
Se conoce el fraccionamiento del material vegetal lignocelulósico en presencia de una disolución ácida. Dichos fraccionamientos y las etapas previas a este fraccionamiento se describen en particular en los documentos WO00/68494, WO2009/092749 y WO2012/049054 de la Compagnie Industrielle de la Matiere Végétale (CIMV, por sus siglas en francés).
El fraccionamiento del material vegetal en medio ácido retiene una parte de la lignina y de la sílice en la fracción sólida que comprende la celulosa, lo que permite extraerlas en una etapa posterior. Este tipo de fraccionamiento es contrario a la práctica generalizada que, en el caso de un material vegetal con un alto contenido de sílice, recomienda llevar a cabo un fraccionamiento en un medio básico para eliminar la sílice justo desde la etapa de fraccionamiento de la celulosa y así evitar que la sílice interfiera con la extracción de la celulosa, de los azúcares y de la lignina presentes en el material vegetal.
Según una realización preferida, la etapa de fraccionamiento a) comprende las etapas de:
a1) poner en contacto el material vegetal lignocelulósico con una disolución ácida para obtener una fracción sólida que comprende la celulosa y una fracción líquida,
a2) separar la fracción sólida y la fracción líquida obtenida en la etapa a l ).
La operación en la que el material vegetal lignocelulósico se pone en contacto con una disolución ácida se puede llevar a cabo a una temperatura entre 50°C y 115°C, preferiblemente entre 95°C y 110°C.
Preferiblemente, la operación en la que el material vegetal lignocelulósico se pone en contacto con una disolución ácida dura de 1 a 3 horas.
La disolución ácida de la etapa de fraccionamiento a) puede comprender al menos un ácido orgánico. La disolución ácida de la etapa de fraccionamiento a) puede comprender en particular ácido fórmico y/o ácido acético.
La disolución ácida de la etapa de fraccionamiento a) es una mezcla de ácido fórmico y ácido acético. Esta mezcla de ácido fórmico y ácido acético comprende al menos un 50% en peso de ácido acético y al menos un 20% en peso de ácido fórmico.
El fraccionamiento con una mezcla de ácido acético y ácido fórmico hace posible evitar dañar las fibras de celulosa que ocurre con el ácido fórmico concentrado solo en las condiciones normales de uso. Se conserva así la calidad de la pulpa de celulosa que se obtendrá a partir de la fracción sólida que comprende la celulosa tras la extracción de la sílice y de la lignina. También se conserva la calidad de los productos, es decir, de la lignina y de los azúcares que se obtendrán a partir de la fracción líquida.
Según una realización preferida, el material vegetal lignocelulósico se pone en contacto con una mezcla de ácido fórmico que comprende al menos un 5% en peso de ácido acético. La combinación se lleva a una temperatura de reacción de entre 50°C y 115°C.
A continuación, la fracción sólida se separa de la fracción líquida que comprende en particular, en disolución, el ácido fórmico y ácido acético de partida, los azúcares monoméricos y poliméricos disueltos, las ligninas y el ácido acético que resultan a partir del material vegetal lignocelulósico de partida.
Normalmente, la fracción líquida obtenida durante la etapa de separación a1) comprende la lignina. También puede comprender azúcar y/o hemicelulosa. Esta fracción líquida se puede someter a diversos tratamientos para recuperar algunos de los compuestos que la componen. En particular, se puede tratar, por ejemplo, mediante evaporación, para reciclar la disolución ácida. Así, si se usa una mezcla de ácido acético y ácido fórmico durante la etapa a), se puede extraer de la fracción líquida obtenida en la etapa a2). Esta mezcla se puede luego reciclar en las etapas que requieran la adición de una disolución ácida de este tipo.
La lignina y los azúcares de esta fracción líquida también se pueden purificar. El azúcar así purificado se puede fermentar en particular para obtener etanol. Se conocen procedimientos para la purificación de la lignina y el azúcar a partir de dicha fracción líquida. Se describen en particular en el documento WO2011/154293 de CIMV.
Como el fraccionamiento tiene lugar en un medio ácido, la sílice y la lignina residual permanecen en la fracción sólida y no se descargan en la fracción líquida. En consecuencia, los tratamientos opcionales de esta fracción líquida ya no encuentran los inconvenientes debidos a la presencia de la sílice.
La fracción sólida obtenida durante la etapa a) comprende la celulosa. La celulosa incluida en esta fracción consiste preferiblemente su la mayor parte la celulosa incluida en el material vegetal lignocelulósico.
La segunda etapa del procedimiento según la invención comprende la extracción de la lignina residual y de la sílice de la fracción sólida obtenida en la etapa a) con una disolución básica, a un pH entre 10 y 13 y a una temperatura entre 70°C y 90°C, para obtener una fase líquida que comprende la sílice y una fase sólida.
Durante esta etapa de extracción, la sílice presente en la fracción sólida obtenida en la etapa a) se disuelve en forma de silicato. La lignina presente en la fracción sólida de la etapa a) también se solubiliza en la etapa de extracción. Se obtienen entonces una fase líquida que comprende sílice y lignina, y una fase sólida que comprende principalmente celulosa.
La etapa de extracción puede durar entre 30 y 60 min.
La etapa de extracción b) se lleva a cabo a un pH entre 10 y 13.
Según una realización preferida, la etapa de extracción b) se lleva a cabo a un pH entre 10,5 y 12,5, preferentemente entre 10,5 y 11,5.
Un intervalo de pH de este tipo hace posible obtener partículas de sílice y de lignina con un diámetro de unos pocos micrómetros. El papel del pH durante la etapa de extracción con respecto al tamaño de las partículas de la sílice y de la lignina es particularmente sorprendente. Esto se debe a que, hasta ahora, sólo los parámetros de la etapa de precipitación parecían tener una influencia sobre el diámetro de las partículas.
La disolución básica de la etapa de extracción b), también denominada disolución de extracción, puede ser una disolución de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio.
La disolución básica de la etapa de extracción b) puede comprender, por ejemplo, entre el 2% y el 5% en peso de NaOH. Preferiblemente, comprende el 1,5% en peso de NaOH.
La tercera etapa del procedimiento según la invención comprende la separación de la fase líquida y de la fase sólida que se obtienen en la etapa de extracción b).
Esta etapa de separación se puede llevar a cabo mediante técnicas bien conocidas para la separación sólido-líquido, por ejemplo, mediante separación por sedimentación, mediante filtración, por ejemplo, mediante un filtro prensa, o mediante centrifugación.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa de concentración de la fase líquida después de la etapa de separación c) y antes de la etapa de coprecipitación d) para aumentar el rendimiento de la coprecipitación.
Preferiblemente, la fase líquida se concentra para que comprenda un 10% de material seco.
La cuarta etapa del procedimiento según la invención comprende coprecipitar juntas la sílice y la lignina comprendidas en la fase líquida a un pH entre 5 y 6. La coprecipitación de la sílice y la lignina comprendidas en la fase líquida se puede llevar a cabo directamente después de la etapa de separación c) sin una etapa previa de concentración o después de la etapa de concentración. Preferiblemente, la etapa de coprecipitación se lleva a cabo después de una etapa de concentración de la fase líquida. Optimizando las condiciones de la etapa de extracción b), se obtienen la sílice y la lignina con una pureza y un diámetro deseados. Así, según este procedimiento, ya no es necesario usar condiciones de coprecipitación específicas, por ejemplo, para reducir el diámetro de las partículas de la sílice y de la lignina.
La coprecipitación de la sílice y de la lignina a un pH entre 5 y 6 se puede llevar a cabo mediante la adición de una disolución ácida, preferiblemente con una disolución ácida obtenida al reciclar la fracción líquida obtenida después de la etapa de separación a2). El reciclado de la disolución ácida hace posible limitar el aporte de reactivo y, por tanto, el coste del procedimiento.
Asimismo, para limitar el aporte de reactivo, la disolución ácida usada durante la etapa de fraccionamiento también se puede originar a partir del reciclado de la fracción líquida.
Una vez que la lignina y la sílice se han coprecipitado juntas, la mezcla resultante se puede lavar para eliminar las sales residuales o cualquier otra impureza.
La sílice y la lignina coprecipitadas se pueden filtrar posteriormente, por ejemplo, mediante filtración en una centrífuga.
Luego se recupera la mezcla de lignina y sílice.
La relación en masa de lignina/sílice en la mezcla resultante está entre 85/15 y 50/50.
La sílice extraída según el procedimiento de la invención es de origen vegetal. En el contexto de la presente invención, esta sílice también se puede designar como "Biosílice".
Las partículas de sílice de la mezcla de lignina/sílice obtenidas según el procedimiento de la invención pueden presentar un diámetro medio, también conocido como d50, de 3 pm a 200 pm. El diámetro medio de las partículas varía en función de las condiciones de extracción. A un pH entre 10,5 y 11,5, se puede obtener un diámetro medio aparente de 1 pm a 10 pm. Por tanto, ya no es necesario usar etapas adicionales, tales como la sonicación, para reducir el tamaño de las partículas.
La lignina en la mezcla de lignina/sílice es preferiblemente una lignina no modificada químicamente con grupos funcionales disponibles como se muestra en el documento WO 2014/012924. Más preferiblemente, la lignina en la mezcla de lignina/sílice es Biolignin™. Las diferentes características de la Biolignin™ se describen en el documento WO 2014/012924.
La lignina, preferiblemente Biolignin™, presente en las mezclas de lignina/sílice obtenidas mediante el procedimiento de la invención tiene un d50 de 10 pm a 400 pm.
La distribución del tamaño de partículas d50, también conocido como diámetro mediano, es el valor del diámetro de partícula al 50% en la distribución acumulativa. Por ejemplo, si d50 = 10 pm, entonces el 50% de las partículas de la muestra son mayores de 10 pm, y el 50% menores de 10 pm.
La invención también se refiere a la mezcla de lignina y sílice obtenida según el procedimiento de la invención. La lignina es preferiblemente una lignina no modificada químicamente, y más preferiblemente Biolignin™.
La presente invención se refiere además al uso de una mezcla de lignina y sílice obtenida según el procedimiento de la invención como una carga de refuerzo para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros.
La presente invención se refiere además a un elastómero que comprende una mezcla de lignina y sílice obtenida según el procedimiento de la invención.
En la Figura 1 se representa una instalación para la extracción simultánea de sílice y lignina a partir de material vegetal lignocelulósico. Dicha instalación comprende:
■ una unidad de fraccionamiento:
- que comprende una alimentación de disolución ácida,
- adecuada para separar una fracción sólida y una fracción líquida, y
- que comprende una salida de la fracción líquida y una salida de la fracción sólida, estando conectada la salida de la fracción sólida a una unidad de extracción,
■ la unidad de extracción:
- que comprende una alimentación de disolución básica,
- siendo adecuada para separar una fase sólida y una fase líquida, y
- que comprende una salida de la fracción sólida y una salida de la fase líquida, estando conectada la salida de la fase líquida a una unidad de precipitación,
■ la unidad de precipitación que comprende una alimentación de disolución ácida.
La salida de la fracción líquida de la unidad de fraccionamiento está conectada a una unidad de reciclaje adecuada para reciclar una disolución ácida. La unidad de reciclaje comprende una salida de la disolución ácida reciclada conectada a la alimentación de la disolución ácida de la unidad de precipitación.
La invención se ilustrará a continuación mediante la Figura 1 y los ejemplos. Sin embargo, estos ejemplos y figuras no se deben interpretar de manera que limiten el alcance de la presente invención.
Figura
La Figura 1 representa una vista parcial y esquemática del procedimiento según la invención y la instalación para llevar a cabo la invención.
El material vegetal lignocelulósico se introduce a través de la tubería 1 en el reactor 3, en el que el material vegetal lignocelulósico se pone en contacto con una disolución ácida para obtener una fracción sólida que comprende celulosa y una fracción líquida que comprende lignina y azúcar. La disolución ácida se introduce en el reactor 3 a través de la tubería 2. La combinación que comprende las fracciones líquida y sólida se transfiere a una prensa 4 para separar las dos fracciones. El reactor 3 y la prensa 4 forman la unidad de fraccionamiento 3, 4.
La fracción líquida se envía a una unidad de reciclado 16 a través de la salida de la fracción líquida 5. La fracción líquida se trata allí mediante evaporación para obtener una disolución ácida reciclada. Esta disolución se recupera a través de la tubería 17. Los demás componentes de la fracción líquida también se pueden recuperar a través de la salida 18 y purificar.
La fracción sólida se envía a un reactor de extracción a través de la tubería 6. La fracción sólida se pone en contacto en el reactor con una disolución de extracción básica introducida a través de la tubería 8. Esta etapa de extracción se lleva a cabo a un pH entre 10,5 y 11,5 a una temperatura entre 70°C y 90°C. La sílice y la lignina presentes en la fracción sólida luego se disuelven en la disolución de extracción, formando una fase líquida que comprende la sílice y la lignina y una fase sólida que comprende la celulosa y está empobrecida en sílice y lignina.
La combinación que consiste en la fase sólida y la fase líquida se introduce posteriormente en una prensa 9 para separarlas. El reactor de extracción 7 y la prensa 9 forman la unidad de extracción 7, 9.
La fase sólida así separada se recupera a través del tubería 10. Esta fase sólida se puede someter a diversos tratamientos para recuperar en valor la celulosa contenida en ella.
La fase líquida que comprende la lignina y la sílice se concentra en la unidad 12 y luego se precipita en la unidad de precipitación 13 mediante el ajuste del pH a un pH entre 5 y 6. El ajuste del pH se lleva a cabo mediante la disolución ácida reciclada procedente del tubería 17.
La mezcla de lignina y sílice coprecipitadas se filtra posteriormente en la unidad de filtración 14.
La mezcla de lignina y sílice coprecipitadas se recupera a través de la tubería 15.
Ejemplos
I. Mezclas de Biolignin™/sílice
Las mezclas de Biolignin™/sílice de la invención se preparan con Biolignin™ como se describe en el Documento de Patente de Número WO 2014/012924 y con una sílice (en lo sucesivo, Biosílice o sílice CIMV) como se define a continuación (Tabla 3).
En aras de la comparación con las mezclas de la invención, se han preparado mezclas de Biolignin™ con sílice disponible comercialmente (Aerosil™) mezclando los dos polvos, y se han probado (Tablas 1 y 2).
I.1. Biolignin™ 400 pm/sílice comercial (Tabla 1)
Figure imgf000007_0001
La dureza de los elastómeros reforzados con Biolignin™ está muy cerca a la de la referencia del negro de carbón reforzado. Esta dureza se mejora mediante la adición de sílice en la formulación.
La resistencia a la tracción del elastómero reforzado con Biolignin™ (ensayo 0) se reduce en un 44% en comparación con la de la referencia (reforzado con negro de carbón).
Para las formulaciones que contienen Biolignin™ con un d50 de 400 pm (ensayos 1-3), los elastómeros obtenidos tienen una resistencia a la tracción reducida de aproximadamente un 20% con respecto a la de la referencia, independientemente de la cantidad de sílice añadida.
I.2. Biolignina 10 pm/sílice comercial (Tabla 2)
Figure imgf000007_0002
Para las formulaciones que contienen Biolignin™ con un d50 de 10 pm (Ensayos 4-6), la cantidad de sílice añadida parece tener un ligero efecto sobre la resistencia a la tracción del elastómero final. De hecho, la resistencia a la tracción parece aumentar con la cantidad de sílice añadida.
I.3. Mezcla Biolignin™ 10 pm/Biosílice según la invención (Tabla 3)
Figure imgf000008_0001
Como aparece de la Tabla 3, la resistencia a la tracción se mejora mediante la adición de Biosílice en la formulación (ensayos 7 y 8). La Biosílice se añade a un nivel de 15 a 50 PHR.
El uso de la sílice extraída mediante el procedimiento de CIMV (Biosílice o sílice CIMV) en lugar de la sílice comercial en las formulaciones (ensayos 7 y 8) mejora aún más la resistencia a la tracción de los elastómeros finales.
La formulación "ensayo 7", que contiene 50 PHR de Biolignin™ y 50 PHR de sílice CIMV, permite obtener un elastómero con una dureza al menos equivalente al de la referencia (es decir negro de carbón) y la resistencia a la tracción disminuyó solo un 10% con respecto al del negro de carbón.
II. Extracción simultánea de una mezcla de Biolignin™/Biosílice para su uso como un refuerzo de elastómero Para optimizar el impacto del refuerzo de la mezcla Biolignin™/Biosílice, la extracción de la mezcla Biolignin™/Biosílice se llevó a cabo mediante el método CIMV. Para un refuerzo óptimo, la relación en masa de Biolignin™/Biosílice en la mezcla está entre 85 PHR/15 PHR y 50 PHR/50 PHR.
Extracción y coprecipitación de la mezcla Biolignin™/Biosílice:
Para obtener una mezcla según la invención con la relación en masa adecuada, es decir 85 PHR/15 PHR y 50 PHR/50 PHR, la extracción se llevó a cabo en las siguientes condiciones.
A) Extracción de ácido acético/ácido fórmico/agua de la biomasa lignocelulósica (es decir paja de trigo)
Se llevó a cabo una etapa de fraccionamiento con una disolución de ácido acético/ácido fórmico/agua durante un período de tiempo de 3 horas, a una temperatura de 105°C y a un pH de 3.
B) Extracción en medio básico de la sílice (Biosílice) y la Biolignin™
La etapa de extracción se llevó a cabo con un 12% en peso de una disolución de hidróxido de sodio, durante un período de tiempo de 60 minutos, a una temperatura de 80°C y a un pH de 10,5 o 12,5.
C) Coprecipitación de la mezcla Biolignin™/Biosílice en un medio ácido
La etapa de precipitación se llevó a cabo con una disolución de ácido acético al 1%, durante un período de tiempo de 10 minutos, a una temperatura de 25°C y a un pH de 5,5.
La Biolignin™ obtenida mediante el procedimiento de extracción y de coprecipitación de la invención tiene un d50 de 10 a 400 pm, una superficie específica de entre 0,5 m2/g y 5 m2/g, y preferiblemente entre 1 m2/g y 2,5 m2/g.
Algunas otras características de la Biolignin™ son las siguientes:
- dicha lignina tiene un bajo peso molecular y el Mw de la misma está entre 700 g/mol y 2000 g/mol;
- dicha lignina tiene un índice de polidispersidad igual a aproximadamente 1,3;
- dicha lignina comprende grupos funcionales disponibles elegidos entre el grupo formado por hidroxilos alifáticos, hidroxilos fenólicos y ácidos carboxílicos;
- los hidroxilos alifáticos están presentes desde 1,5 mmol/g a 3,0 mmol/g, preferiblemente a 2,3 mmol/g; - los hidroxilos fenólicos están presentes desde 1,1 mmol/g a 2,0 mmol/g, preferiblemente en un contenido no inferior a 1,1 mmol/g;
- los ácidos carboxílicos están presentes desde 0,5 mmol/g a 1,5 mmol/g, preferiblemente en un contenido igual a aproximadamente 1,0 mmol/g.
La Biosílice obtenida por el procedimiento de extracción y de coprecipitación de la invención tiene las siguientes características:
Figure imgf000009_0001
Estos resultados muestran que el tamaño de las partículas de sílice disminuye mucho con el pH de la disolución de extracción.
Uso de la mezcla Biolignin™/Biosílice según la invención para el refuerzo de elastómeros
La mezcla Biolignin™/Biosílice resultante tiene una relación en masa de 50 PHR/50 PHR a 85 PHR/15 PHR, y se usa para el refuerzo de elastómeros.
El elastómero reforzado con una mezcla de Biolignin™/Biosílice tiene
- una dureza equivalente o superior a la de un elastómero reforzado solo con la referencia (negro de carbón);
y
- los valores de resistencia a la rotura, al menos iguales a los valores de la mezcla Biolignin™/Biosílice mostrados en la Tabla 3.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de material vegetal lignocelulósico, caracterizado por que comprende las etapas de:
a) fraccionar el material vegetal lignocelulósico en presencia de una disolución ácida que comprende al menos el 50% en peso de ácido acético y al menos el 20% en peso de ácido fórmico, para obtener una fracción sólida que comprende celulosa, lignina residual y sílice;
b) extraer simultáneamente la lignina y la sílice de la fracción sólida obtenida en la etapa a) con una disolución básica, a un pH de entre 10 y 13 y a una temperatura de entre 70°C y 90°C, para obtener una fase líquida que comprende lignina y sílice, y una fase sólida;
c) separar la fase líquida y de la fase sólida obtenida en la etapa b),
d) coprecipitar una mezcla de lignina y sílice comprendida en la fase líquida, a un pH de entre 5 y 6.
2. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según la reivindicación 1, en donde la etapa de extracción b) se lleva a cabo a un pH de entre 10,5 y 11,5.
3. Procedimiento para la extracción simultánea de una mezcla de lignina y sílice según la reivindicación 1 o 2, en donde la etapa de fraccionamiento a) comprende las etapas de:
a1) poner en contacto el material vegetal lignocelulósico con una disolución ácida, para obtener una fracción sólida que comprende celulosa y una fracción líquida,
a2) separar la fracción sólida y la fracción líquida obtenida en la etapa a1).
4. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según la reivindicación 3, en donde la etapa de coprecipitación d) se lleva a cabo con una disolución ácida obtenida mediante el reciclado de la fracción líquida obtenida con posterioridad a la etapa de separación a2).
5. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la disolución ácida de la etapa de fraccionamiento a) es una disolución de ácido(s) orgánico(s).
6. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la disolución ácida de la etapa de fraccionamiento a) es una disolución de ácido fórmico y/o de ácido acético.
7. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la disolución básica de la etapa de extracción b) comprende el 1,5% en peso de NaOH.
8. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el material vegetal lignocelulósico es paja y/o cascarilla de cereal.
9. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende una etapa de concentración de la fase líquida después de la etapa de separación c) y antes de la etapa de coprecipitación d).
10. Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice según una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una etapa de filtración de la sílice y la lignina coprecipitadas en la etapa d).
11. Una mezcla de lignina y sílice en donde la relación en masa de lignina/sílice está entre 85/15 y 50/50 obtenida según el procedimiento definido en las reivindicaciones 1 a 10.
12. Uso de una mezcla de lignina y sílice obtenida según el procedimiento definido en las reivindicaciones 1 a 10 y según se define en la reivindicación 11, como carga de refuerzo para el refuerzo mecánico de polímeros elastómeros.
13. Un elastómero que comprende una mezcla de lignina y sílice obtenida según el procedimiento definido en las reivindicaciones 1 a 10 y según se define en la reivindicación 11.
ES17159836T 2017-03-08 2017-03-08 Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice Active ES2828302T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17159836.0A EP3372646B1 (en) 2017-03-08 2017-03-08 Process for the simultaneous extraction of lignin and silica from biomass and elastomer reinforced with a mixture of lignin and silica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2828302T3 true ES2828302T3 (es) 2021-05-26

Family

ID=58412851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17159836T Active ES2828302T3 (es) 2017-03-08 2017-03-08 Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice

Country Status (18)

Country Link
US (1) US11274209B2 (es)
EP (1) EP3372646B1 (es)
CN (1) CN110446757B (es)
AR (1) AR111243A1 (es)
AU (1) AU2018232379B2 (es)
BR (1) BR112019018334B1 (es)
CA (1) CA3055123C (es)
DK (1) DK3372646T3 (es)
EA (1) EA038783B1 (es)
ES (1) ES2828302T3 (es)
HU (1) HUE051840T2 (es)
LT (1) LT3372646T (es)
MX (1) MX2019010473A (es)
PL (1) PL3372646T3 (es)
PT (1) PT3372646T (es)
SI (1) SI3372646T1 (es)
WO (1) WO2018162207A1 (es)
ZA (1) ZA201906070B (es)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109346716A (zh) * 2018-11-23 2019-02-15 内蒙古科技大学 一种非木材造纸原料碱处理废液制备C/SiOx复合锂电池负极材料的方法
CN112266533A (zh) * 2020-10-13 2021-01-26 育才控股集团股份有限公司 一种聚丙烯抗菌复合材料及其制备方法
CN114479179B (zh) * 2022-03-02 2022-10-18 吉林大学 一种氮掺杂纳米二氧化硅/炭黑杂化材料及其制备方法
CN115651213A (zh) * 2022-12-06 2023-01-31 盱眙凹土能源环保材料研发中心 一种从水稻副产物提取二氧化硅、木质素和纳米纤维素的方法
WO2025238590A1 (en) * 2024-05-15 2025-11-20 Alt Material Innovations Private Limited Method for isolating and obtaining non-biofuel-based products from agricultural by-products

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5735916A (en) * 1995-07-13 1998-04-07 Lucas; James Lewis Process for production of lignin fuel, ethyl alcohol, cellulose, silica/silicates, and cellulose derivatives from plant biomass
ES2209424T3 (es) 1999-05-06 2004-06-16 Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale Procedimiento de produccion de pasta de papel, ligninas, azucares y acido acetico mediante funcionamiento de material vegetal lignocelulosico en un medio de acido acetico/formico.
CN100593599C (zh) * 2007-01-31 2010-03-10 中国科学院化学研究所 从秸秆中提取纤维素的方法
FR2926824A1 (fr) 2008-01-25 2009-07-31 Cie Ind De La Matiere Vegetale Procede de pretraitement d'une matiere vegetale lignocellulosique en vue de la production de bioethanol.
WO2010012124A1 (zh) * 2008-07-30 2010-02-04 福又达股份有限公司 福又达生物科技股份有限公司
FR2960888B1 (fr) 2010-06-08 2012-06-08 Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv Procede de separation des lignines et des sucres a partir d'une liqueur d'extraction
FR2966154B1 (fr) 2010-10-13 2014-05-16 Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv Procede perfectionne d'hydrolyse enzymatique de la cellulose
FI126512B (fi) * 2011-03-09 2017-01-13 Nanorefix Oy Menetelmä ligniinin erottamiseksi kasvimateriaalista ja saatava tuote
FR2993568B1 (fr) 2012-07-17 2014-08-22 Compagnie Ind De La Matiere Vegetale Cimv Utilisation d'une lignine pour le renfort mecanique d'elastomeres, et elastomere ainsi renforce
EP3192825A4 (en) * 2014-09-12 2018-03-14 Sumitomo Bakelite Company, Ltd. Lignin derivative, lignin resin composition, rubber composition, and molding material
SI3347307T1 (sl) * 2015-09-09 2020-09-30 Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale Cimv Proces za ekstrakcijo silicijevega dioksida
CN106046570A (zh) * 2016-07-19 2016-10-26 合肥毅创钣金科技有限公司 一种酶解木质素二氧化硅复合增强耐候性的开关柜用密封胶条

Also Published As

Publication number Publication date
AR111243A1 (es) 2019-06-19
DK3372646T3 (da) 2020-10-19
EP3372646A1 (en) 2018-09-12
CN110446757B (zh) 2022-10-25
CA3055123A1 (en) 2018-09-13
EP3372646B1 (en) 2020-07-29
BR112019018334A2 (pt) 2020-03-31
EA038783B1 (ru) 2021-10-19
WO2018162207A1 (en) 2018-09-13
PL3372646T3 (pl) 2021-04-06
PT3372646T (pt) 2020-10-30
EA201991929A1 (ru) 2020-01-28
LT3372646T (lt) 2021-01-11
SI3372646T1 (sl) 2021-01-29
BR112019018334B1 (pt) 2023-03-21
HUE051840T2 (hu) 2021-03-29
ZA201906070B (en) 2021-02-24
US11274209B2 (en) 2022-03-15
CA3055123C (en) 2023-08-01
AU2018232379B2 (en) 2023-06-15
AU2018232379A1 (en) 2019-10-03
US20200157352A1 (en) 2020-05-21
MX2019010473A (es) 2019-11-05
CN110446757A (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2828302T3 (es) Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice
US8344107B2 (en) Method and system for corn fractionation
CN107690356A (zh) 形成木质素馏分的方法和设备，木质素组合物及其应用
US7101996B2 (en) Process for preparing purified fractions of hemicellulose and cellulose-hemicellulose complexes from alkali treated fiber and products made by the process
ES2791404T3 (es) Proceso para la extracción de sílice
CN104053492A (zh) 再加工含水的包含木质素的溶液的方法
ES2918154T3 (es) Método de producción de lignina y hemicelulosa a partir de un material lignocelulósico vegetal
CN104854075A (zh) 分离乙酰丙酸和甲酸的方法
Thuvander et al. Influence of air and nitrogen sparging on flux during ultrafiltration of hemicelluloses extracted from wheat bran
US10144677B2 (en) Lignin materials containing compositions
ES2758101T3 (es) Proceso autosuficiente para la producción de un hidrolizado de biomasa con un contenido reducido en sal
CN1671830A (zh) 谷物材料加工方法
CN1671292A (zh) 处理谷物和黍类的方法
WO2025062224A1 (en) Method for obtaining purified lignin
US20140316158A1 (en) Method of obtaining acetate from lignocellulose specification identification