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Humino

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

Huminas en la química del suelo

El suelo está compuesto tanto de componentes minerales (inorgánicos) como orgánicos. Los componentes orgánicos se pueden subdividir en fracciones solubles, en su mayoría 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 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 utilizadas.

Estructura de la humina y mecanismo de formación

Tanto la estructura de las huminas como el mecanismo por el cual se sintetizan no están bien definidos en la actualidad, ya que la formación y las propiedades químicas de las huminas cambiarán dependiendo de las condiciones del proceso utilizadas. Generalmente, las huminas tienen una estructura de tipo furánico polimérico, con funcionalidades 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 todavía es un tema de debate. Se han considerado diferentes vías, incluida la hidrólisis por apertura de anillo de HMF (que se cree que es el intermediario clave para la formación de huminas), [5] adiciones nucleofílicas , [6] o mediante la formación de un intermediario aromático. [7] Si bien no hay evidencia clara para fundamentar o excluir los mecanismos, el consenso general es sobre 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 inflamabilidad, [8] explosividad, susceptibilidad a la oxidación, corrosividad o ecotoxicidad. [9] El calentamiento de las huminas forma un material macroporoso conocido como espumas de huminas [10] y además estos materiales no presentaron un comportamiento crítico ante el fuego a pesar de su estructura altamente porosa. [8]

Posibles aplicaciones de las huminas

En el pasado, las huminas de fuentes de biomasa se han considerado principalmente como materiales combustibles para suministrar calor para 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, refuerzos plásticos y materiales de construcción). [12] [13] [14] Las huminas también pueden someterse a tratamientos térmicos para formar materiales sólidos interesantes, como espumas de huminas 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 principio (temprana).

Véase también

Referencias

  1. ^ Rice, James A. "Humin" Soil Science 2001, vol. 166(11), págs. 848-857. doi :10.1097/00010694-200111000-00002
  2. ^ Lehmann, J.; Kleber, M. (3 de diciembre de 2015), "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), Schlaf, Marcel; Zhang, Z. Conrad (eds.), "Humin Formation Pathways", Vías de reacción y mecanismos en la conversión termocatalítica de biomasa II: transformaciones catalizadas de forma homogénea, Acrílicos a partir de biomasa, Aspectos teóricos, Vías de pirólisis y valorización de la lignina , Química verde y tecnología sostenible, Springer Singapur, págs. 105-118, doi :10.1007/978-981-287-769-7_5, ISBN 9789812877697
  5. ^ Horvat, 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. (1 de febrero de 2010). "Sustancias similares a la humina formadas en las condiciones de hidrólisis industrial de la madera". Revista rusa de química aplicada . 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. ^ ab 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 auto-reticuladas 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, Rodríguez-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., "Las huminas como material prometedor para producir materiales de construcción sostenibles derivados de carbohidratos", Construcción y materiales de construcción, 2017, 139, 594 doi :10.1016/j.conbuildmat.2016.11.019
  13. ^ Sangregorio, A., Guigo, N., van der Waal, JC, Sbirrazzuoli, N., "Todos los compuestos 'verdes' que comprenden fibras de lino y resinas de humus", 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

Lectura adicional

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