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Humín

Las huminas son sustancias macromoleculares basadas en carbono que se pueden encontrar en la química del suelo o como subproducto de los procesos de biorrefinería basados ​​en s...

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Las huminas son sustancias macromoleculares basadas en carbono que se pueden encontrar en la química del suelo o como subproducto de los procesos de biorrefinería basados ​​en sacáridos .

Huminas en la química del suelo

El suelo se compone de elementos minerales (inorgánicos) y orgánicos. Los componentes orgánicos se subdividen en fracciones solubles, principalmente ácidos húmicos , e insolubles, las huminas. Las huminas constituyen aproximadamente el 50 % de la materia orgánica del suelo. [ 1 ]

Debido a su estructura molecular muy compleja, las sustancias húmicas, incluida la humina, no corresponden a sustancias puras, sino que consisten en una mezcla de muchos compuestos que siguen siendo muy difíciles de caracterizar incluso utilizando técnicas analíticas modernas. [ 2 ]

Huminas procedentes de fuentes de biomasa

Las huminas también se producen durante la deshidratación de azúcares, como ocurre durante la conversión de biomasa lignocelulósica en compuestos orgánicos más pequeños y de mayor valor, como el 5-hidroximetilfurfural (HMF). Estas huminas pueden presentarse en forma de líquidos viscosos o sólidos, según las condiciones del proceso.

Estructura de la humina y mecanismo de formación

Actualmente, tanto la estructura de las huminas como el mecanismo por el cual se sintetizan no están bien definidos, ya que la formación y las propiedades químicas de las huminas cambian según las condiciones del proceso. Generalmente, las huminas tienen una estructura polimérica de tipo furánico, con funcionalidades de hidroxilo , aldehído y cetona . [ 3 ] Sin embargo, la estructura depende del tipo de materia prima (por ejemplo, xilosa o glucosa ) o concentración, tiempo de reacción, temperatura, catalizadores y muchos otros parámetros involucrados en el proceso. [ 4 ] Estos parámetros también influyen en el mecanismo de formación, que aún es objeto de debate. Se han considerado diferentes vías, incluyendo la hidrólisis de apertura de anillo de HMF (considerado el intermedio clave para la formación de huminas), [ 5 ] adiciones nucleofílicas , [ 6 ] o a través de la formación de un intermedio aromático. [ 7 ] Si bien no hay evidencia clara para sustentar o excluir los mecanismos, el consenso general apunta a una serie de reacciones de condensación que reducen la eficiencia de las estrategias de conversión de biomasa .

Aspectos de seguridad

Las huminas no se consideran una sustancia peligrosa según los sistemas de clasificación de materiales peligrosos reconocidos oficialmente , basados ​​en propiedades físico-químicas como la inflamabilidad, [ 8 ] la explosividad, la susceptibilidad a la oxidación, la corrosividad o la ecotoxicidad. [ 9 ] El calentamiento de las huminas forma un material macroporoso conocido como espumas de huminas [ 10 ] y estos materiales tampoco presentaron un comportamiento crítico ante el fuego a pesar de su estructura altamente porosa. [ 8 ]

Aplicaciones potenciales de las huminas

En el pasado, las huminas de fuentes de biomasa se han considerado principalmente como materiales combustibles para suministrar calor en procesos de biorrefinería. Sin embargo, las aplicaciones de alto valor han comenzado a recibir más atención, en particular el uso de huminas en la preparación de materiales catalíticos [ 11 ] y en aplicaciones de materiales (por ejemplo, refuerzo de plásticos y materiales de construcción). [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Las huminas también pueden someterse a tratamientos térmicos para formar materiales sólidos interesantes, como espumas de humina ligeras y porosas. [ 15 ] [ 16 ] En general, las huminas parecen mejorar las propiedades finales de los materiales, aunque la investigación se encuentra principalmente en la etapa de prueba de concepto (inicial).

Véase también

Referencias

  1. ↑ Rice, James A. "Humin" Soil Science 2001, vol. 166(11), pp. 848-857. doi : 10.1097/00010694-200111000-00002
  2. ↑ Lehmann, J.; Kleber, M. (2015-12-03), "La naturaleza controvertida de la materia orgánica del suelo", Nature , 528 (7580): 60– 68, Bibcode : 2015Natur.528...60L , doi : 10.1038/nature16069 , PMID 26595271 
  3. ↑ van Zandvoort, I., "Hacia la valorización de los subproductos de la humina: caracterización, solubilización y catálisis", 2015
  4. ↑ Heltzel, Jacob; Patil, Sushil KR; Lund, Carl RF (2016). "Humin Formation Pathways". En Schlaf, Marcel; Zhang, Z. Conrad (eds.). Reaction Pathways and Mechanisms in Thermocatalytic Biomass Conversion II: Homogeneously Catalized Transformations, Acrylics from Biomass, Theoretical Aspects, Lignin Valorization and Pyrolysis Pathways . Springer Singapore. pp. 105–118 . doi : 10.1007/978-981-287-769-7_5 . ISBN  978-981-287-769-7.
  5. ↑ Horvát, Jaroslav; Klaić, Branimir; Metelko, Biserka; Šunjić, Vitomir (1 de enero de 1985). "Mecanismo de formación de ácido levulínico". Letras de tetraedro . 26 (17): 2111–2114.doi : 10.1016 / S0040-4039(00)94793-2 . ISSN 0040-4039 . 
  6. ↑ Sumerskii, IV; Krutov, SM; Zarubin, M. Ya. (2010-02-01). "Sustancias similares a la humina formadas en condiciones de hidrólisis industrial de la madera". Russian Journal of Applied Chemistry . 83 (2): 320– 327. doi : 10.1134/S1070427210020266 . ISSN 1608-3296 . S2CID 84984623 .  
  7. ^ Luijkx, Gerard CA; van Rantwijk, Fred; van Bekkum, Herman (7 de abril de 1993). "Formación hidrotermal de 1,2,4-bencenotriol a partir de 5-hidroximetil-2-furaldehído y d-fructosa". Investigación de carbohidratos . 242 : 131– 139. doi : 10.1016/0008-6215(93)80027-C . ISSN 0008-6215 . 
  8. ^ Muralidhara, A., Tosi, P., Mija, A., Sbirrazzuoli, N., Len, C., Engelen, V., de Jong, E., Marlair, G., ACS Sustainable Chem . Ing., 2018, 6, 16692-16701
  9. ↑ Muralidhara, A., Bado-Nilles, A., Marlair, G., Engelen, V., Len, C., Pandard, P., Biocombustibles, bioproductos y biorrefinación, 2018, 1-7
  10. ↑ Tosi, Pierluigi; van Klink, Gerard PM; Celzard, Alain; Fierro, Vanessa; Vincent, Luc; de Jong, Ed; Mija, Alice (2018). " Espumas rígidas reticuladas automáticamente derivadas de subproductos de biorrefinería" . ChemSusChem . 11 (16): 2797– 2809. Bibcode : 2018ChSCh..11.2797T . doi : 10.1002/cssc.201800778 . ISSN 1864-564X . PMC 6392144. PMID 29956889 .   
  11. ↑ Filiciotto, L., Balu, AM, Romero, AA, Rodriguez-Castellon, E., van der Waal, JC, Luque, R., Green Chemistry, 2017, 19, 4423-4434
  12. ↑ Mija, A., van der Waal, JC, Pin, JM., Guigo, N., de Jong, E., "Humins as promise material for production sustainable carbohydrate-derived building materials", Construction and Building Materials, 2017, 139, 594 doi : 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.019
  13. ↑ Sangregorio, A., Guigo, N., van der Waal, JC, Sbirrazzuoli, N., "Compuestos totalmente 'verdes' que comprenden fibras de lino y resinas de huminas", Composites Science and Technology, 2019, 171, 70. doi : 10.1016/j.compscitech.2018.12.008
  14. ^ Pin, JM, Guigo, N., Mija, A., Vincent, L., Sbirrazzuoli, N., van der Waal, JC, de Jong, E., ACS Sustain. Química. Ing., 2014, 2, 2182-2190
  15. ↑ Mija, A., van der Waal, JC, van Klink, G., de Jong, E., Espuma que contiene humins, 2016, WO2017074183A8
  16. ↑ Tosi, P., van Klink, GP, Celzard, A., Fierro V., Vincent, L., de Jong, E., Mija, A., ChemSusChem, 2018, 11, 2797-2809

Lecturas adicionales

Singer, Michael J., y Donald N. Munns (2005). Suelos: Una introducción (6.ª edición). Upper Saddle River: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-119019-1.

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