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    Carboxymethylcellulose obtained from lignocellulosic waste and its use as a biopolymeric matrix
    (2023-06-04) Cáceres, Liliana Mariel; Tourn, Silvana; Ruiz, Carlos Raúl; Sequeira, Alfredo Fabián; Dagnino, Eliana Paola
    The increase in the rate of production and accumulation of solid waste and the search for sustainable environmental solutions imposes the need to introduce advanced technologies to manage it efficiently. In this context, this work aims to obtain carboxymethylcellulose (CMC) from lignocellulosic waste and later use it in the encapsulation of liquid smoke and essential oils. Thus, a product of higher value can be obtained from an abundant and readably available waste product of northeastern Argentina`s agroforestal industry. Rice husk samples for this research were provided by a local company. The rice husk was treated in a biorefinery scheme (Acid hydrolysis, 0.3% w/V, 150°C, 30 min; followed by organosolv treatment, NaOH-ethanol-water, 160°C, 60min, and alkaline treatment). Subsequently, CMC was obtained, esterifying the unbleached cellulose obtained from the mentioned raw material, using a modification of the Druvacell method. The unbleached cellulose is pretreated with isopropanol and sodium hydroxide to promote fiber swelling and ionization of hydroxyl groups, and subsequently esterification with monochloroacetic acid. On the other hand, bio-oil was obtained by pyrolysis, at 400 °C for 120 min, from exhausted Schinopsis balansae (quebracho colorado) sawdust and the water-soluble fraction produced was refined, representing 34.6% based on the residual biomass fed. Finally, the refined fraction was characterized, to identify the improvement and its quality as liquid smoke to be encapsulated. The CMC obtained was used as a component, together with sodium alginate, of a biopolymeric matrix to encapsulate the water-soluble liquid smoke and hydrophobic essential oil. The raw material was characterized by determining its structural components, the substituent groups in CMC were recognized by FTIR and the degree of substitution was determined. In the production of microcapsules, using standard methods the performance and efficiency of the process were determined. On the other hand, the post-treatment rice husk is composed of 94% cellulose, and the rest is lignin and remaining inorganics. From it, it was possible to obtain a crude CMC with a purity greater than 70% and a degree of substitution greater than 0.6. The microencapsulation results show average yields greater than 55% and efficiencies greater than 90% for both encapsulated substances. With this work carried out, a very abundant residue could be valorized by obtaining CMC and using it in the microencapsulation of two chemically different substances. Good yields and efficiencies were obtained with liquid smoke [1] and essential oil [2], with comparable results with other authors.
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    Developing alternatives to hydrocarbon via pyrolysis and gasification of industry residual biomass
    (2023-08-01) Tourn, Silvana; Saires, Paula; Bertero, Melisa; Falco, Marisa; Chamorro, Ester R.
    Pyrolysis and gasification are thermal treatment processes using biomass to produce biofuels that can replace fossil fuels in industrial boilers and furnaces. This paper discusses the potential utilization of four types of residual biomass highly produced in the Argentina Northeast (NEA) region, i.e., rice husk, an agricultural waste rich in cotton husk, carob sawdust, and spent red quebracho sawdust, as raw material. Pyrolysis liquid product yields were 34–51 wt% and char yields were 29–40 wt%; tar represented 16–23 wt%. For gasification, gas yields were between 45.6 wt% and 65.7 wt%; as for tar, it represented 2.4–14.1 wt% of initial biomass, and char yields were 31.4–40.3 wt%. Characterization of all products was performed to clarify their potential applications. Bio-oils, i.e., aqueous fractions of pyrolysis liquid products, have high water content (77–88 wt%), that is why they have lower density and viscosity than tars, oil fractions of pyrolysis liquids. However, chemical stability of bio-oils may vary, and their heating values are much lower than the heating values from tars. Based on these, it is possible to concluded that tar is the product with increased added value and higher energy properties. Efficiency of gasification and heating values of the gases obtained were high for waste rich in cotton husk and spent red quebracho sawdust, suggesting a good potential for the utilization in gasification processes. Additionally, char composition and properties for all biomasses, from both process, show that it is feasible to use them in several new applications.
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    Evaluación del potencial energético de los productos líquidos de pirólisis de residuos agroforestoindustriales del NEA
    (2022-09-07) Tourn, Silvana; Saires, Paula; Bertero, Melisa; Falco, Marisa; Chamorro, Ester R.
    La economía industrial de la región NEA se basa en las actividades agropecuarias y forestales. Los residuos derivados de estas actividades son significativos y pueden valorizarse. La pirolisis estos residuos, es un tratamiento utilizado para la producción de biocombustibles que pueden emplearse en hornos y calderas del sector. En este trabajo se analiza el potencial de cuatro biomasas residuales del NEA (cascarilla de arroz, rastrojo de algodón, aserrín de algarrobo y aserrín de quebracho colorado agotado) como materia prima para el proceso de pirólisis. El rendimiento de los productos líquidos se encontró entre 34%p y 51%p, y el de los sólidos entre 29%p y 40%p; el tar representó entre el 16%p y el 23%p de los productos líquidos. Se caracterizaron los productos líquidos para dilucidar sus usos. La identificación y cuantificación de los componentes se realizó por cromatografía gaseosa (GC-FID y GC MS). También se hizo análisis elemental, determinación de humedad, pH, densidad y poder calorífico. La composición varió según la biomasa de origen. Debido al alto contenido de agua de los bio-oils (fracción acuosa de los productos líquidos) (entre 77 %p y 88 %p), presentan menor densidad y viscosidad que los tars (fracción oleosa), lo que facilita la atomización en su potencial uso como combustible; sin embargo, no son lo suficientemente estables químicamente, y presentan poderes caloríficos más bajos que los tars y que los combustibles fósiles. En base a esto, es posible afirmar que el tar es el producto de mayor valor y con propiedades energéticas superiores y cercanas a la de los combustibles convencionales.
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    Evaluación del potencial energético del bio-oil y el bio-char de biomasa residual de las industrias forestales del NEA
    (2022-06-24) Tourn, Silvana; Dagnino, Eliana Paola; Sequeira, Alfredo Fabián; Morales, Walter Gustavo; Chamorro, Ester R.
    Las industrias forestales de la región generan alrededor de 850 tn/día de aserrín de quebracho colorado agotado. Este residuo puede convertirse en biocombustibles con mayor densidad energética a partir de la pirólisis. Los biocombustibles pueden aprovecharse para alimentar las calderas de las mismas industrias y reducir costos. En este trabajo, se estudió mediante método estadístico de optimización, la pirólisis de biomasa residual a escala laboratorio. En el método estadístico de optimización experimental, se utilizó un modelo factorial (3k). Para esto, se mantuvieron constantes, la masa de aserrín en 6 g, el flujo del gas inerte (N2) en 14,5 ml/min y la temperatura a 550°C (con una rampa de calentamiento de 30°C/min). Los factores que se variaron fueron, el tamaño de partículas del aserrín y el tiempo de retención de pirólisis. Los resultados indicaron que no existen diferencias significativas en el rendimiento de los biocombustibles al variar los factores mencionados. El reactor de lecho fijo presentó un rendimiento de producto líquido del 49,7%, sólido del 23,8% y gas del 26,5%. Luego se caracterizaron los productos sólidos y líquidos de pirólisis, con el objetivo de evaluar su aprovechamiento como fuente energética en el sistema. El Poder Calorífico Superior (PCS) del producto líquido resultó de 31,5 MJ/kg con una densidad de 1,05 kg/dm3, pH de 2 y una humedad de 81,23%. El bio-char presentó un PCS de 29,45 MJ/kg y el análisis inmediato realizado arrojó 74,8% de carbono fijo. El análisis elemental del bio-char indicó 0,64% de N, 75,75% de C, 3,47% de H y 20,14% de O. A partir de estos resultados es posible verificar que el bio-char es un combustible más estable, pero con propiedades energéticas inferiores a las del producto líquido. El producto líquido de pirólisis presenta un mayor valor añadido, sin embargo, las características físicas revelan la necesidad de refinarlo para su posterior uso en calderas y hornos industriales.
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    Obtención de micropartículas mesoporosas de SiO2 a partir de residuos de la industria arrocera
    (2023-10-19) Tourn, Silvana; Mamana, Nadia; Barolín, Sebastián; Roldán, María Virginia; Pellegri, Nora
    La producción nacional de arroz deja como residuo hasta 600.000 t anuales de cáscara de arroz. Este residuo de alto contenido en SiO2 puede aprovecharse como materia prima para la obtención de partículas de esta composición que podrían ser empleadas en las industrias químicas, electrónicas y de la construcción. La obtención de partículas de sílice puede llevarse a cabo de manera sencilla y económica a partir de un proceso de descomposición térmica controlada. Los parámetros del proceso están íntimamente relacionados con las características de la materia prima utilizada, por lo cual deben ser ajustados específicamente en cada caso. Adicionalmente para el diseño del proceso de obtención deben considerarse las características esperadas para la sílice (estructura cristalina, tamaño, porosidad, etc.) según su aplicación. Objetivo: A partir de estas consideraciones, en este trabajo se propone el estudio de la obtención de partículas de SiO2 a partir de cáscara de arroz generada como residuo de la industria arrocera de la región del NEA (Chaco-Corrientes). Para la obtención de partículas SiO2 se usó como materia prima cáscara de arroz con distintos tratamientos previos: 1) Cáscara de arroz lavada con HCl 0,1 M, 2) Char de cáscara de arroz y 3) Char de cáscara de arroz lavado con HCl 0,1 M. El char es el producto sólido que se obtiene de la pirólisis convencional de la cáscara de arroz. Todos estos productos se trataron térmicamente a 600°C y posteriormente se homogeneizó el tamaño de partículas mediante porfirizado en mortero de ágata. Se suspendieron los polvos en agua destilada y se agregó solución 1M de HCl hasta pH 1 con agitación mecánica continua. Luego de 2 h de agitación se separó el polvo del líquido sobrenadante, se lavó con agua destilada hasta pH neutro y se secó en estufa a 30 ºC. Los materiales obtenidos se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energías dispersivas (EDS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Resultados: Todos los polvos obtenidos resultaron ser de color blanco. A partir de estudios por SEM, para todas las muestras, se observaron partículas de SiO2 de tamaños menores a 50 µm y resultaron con bajo nivel de contaminantes inorgánicos según ensayos de EDS. Las imágenes de TEM mostraron que las partículas son porosas, con diversas morfologías y no poseen estructura cristalina ordenada.