Caracterizacion-de-celulosa-obtenida-a-partir-de-diferentes-materiales-lignocelulosicos

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Universidad Nacional Autónoma de México 
Facultad de Química 
 
Tema: 
“Caracterización de celulosa obtenida a partir de diferentes materiales 
lignocelulósicos” 
 
Tesis 
Que para obtener el título de: 
Ingeniero Químico 
 
Presenta: 
Abdel Al Rabbi Flores Salas 
 
 
Director de tesis: 
Dr. Martín Guillermo Hernández Luna 
 
 
 
Ciudad Universitaria, CDMX. 2019 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
ii 
Jurado asignado 
Presidente: Profesor: Martin Guillermo Hernández Luna 
Vocal: Profesor: Rodolfo Ruiz Trejo 
Secretario: Profesora: Aida Gutiérrez Alejandre 
1er. suplente: Profesor: Eduardo Vivaldo Lima 
2do. suplente: Profesora: Anna Kozina 
 
 
Sitio donde se desarrolló el tema: 
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Departamento de ingeniería 
química, laboratorio de investigación de procesos catalíticos E-223. Circuito de la 
investigación científica s/n. Ciudad Universitaria, 04510 Ciudad de México, México. 
 
 
Asesor del tema: 
 
__________________________________ 
Dr. Martin Guillermo Hernández Luna 
 
Sustentante: 
 
__________________________________ 
Abdel Al Rabbi Flores Salas 
 
iii 
Reconocimientos institucionales 
Al programa de apoyo a proyectos de investigación e innovación tecnológica, 
PAPIIT, a partir del proyecto registrado con clave y nombre “IG100718: Proceso de 
biorrefinación a partir de un proceso de deconstrucción ácida en fase gas de 
materiales lignocelulósicos” y al proyecto registrado con clave y nombre “IV100119 
Desarrollo de nuevas tecnologías de producción de lignosulfonatos, celulosa, ácido 
láctico, bioetanol y materiales híbridos a partir de residuos agroindustriales”, por su 
apoyo económico durante la realización de este trabajo. 
 
 
iv 
Resumen 
El objetivo de este proyecto fue variar las condiciones intermitentes de operación en 
un reactor isotérmico para la deconstrucción ácida de teca, olote y pino con el fin de 
obtener celulosa nativa con el menor porcentaje de lignina posible. Las condiciones 
que se variaron para lograr dicho objetivo fueron: la temperatura, cantidad de SO2, 
tiempo de reacción y pH de solución. 
Para realizar el seguimiento de la reacción de deconstrucción ácida que engloba a 
la hidrolisis de hemicelulosa y sulfonación de lignina se usaron métodos 
gravimétricos y titulaciones oxido-reducción. El método gravimétrico se utilizó para 
determinar el rendimiento de la reacción como cociente de la biomasa final entre la 
biomasa inicial. El método Redox con nombre T 236 om-99 “kappa number of Pulp” 
se utilizó como aproximación cuantitativa para determinar la cantidad de lignina de 
Klason aún presente en la pulpa resultante de proceso. 
Una vez determinadas las mejores condiciones de operación en el reactor, se 
realizó un proceso de blanqueo a la pulpa proveniente del reactor con el fin de 
degradar la lignina remanente y otros productos oxidables. Para ello se hicieron 
varias fases de tratamiento con diferentes agentes oxidantes, además de variar el 
tiempo y la temperatura de cada fase, así mismo, se utilizó sosa caustica entre fases 
con el fin de extraer componentes insolubles en la fase ácida y activar la lignina 
remanente. 
La celulosa final se sometió a un proceso de secado indirecto donde se varió la 
temperatura de secado para analizar su efecto en la viscosidad resultante del 
biopolímero por medio del método MABT-03-016 “Determinación de viscosidad de 
pulpa por el método de viscosímetro capilar” como patrón indirecto para medir su 
grado de polimerización y en consecuencia su masa molecular numeral. 
Para determinar la cantidad de celulosa producida por este método de biorrefinación 
se hizo una determinación gravimétrica del producto final y se asoció a la 
composición inicial de celulosa en el material lignocelulósico determinada por el 
método Van Soest & Wine 
 
v 
ÍNDICE 
1. PLANTEAMIENTO Y DEFINICIÓN DEL PROBLEMA --------------------------------- 1 
1.1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ---------------------------------------- 1 
1.2. HIPÓTESIS -------------------------------------------------------------------------------------- 3 
1.3. OBJETIVO GENERAL --------------------------------------------------------------------------- 3 
1.3.1. Objetivos particulares -------------------------------------------------------------------------- 3 
1.4. ANTECEDENTES ------------------------------------------------------------------------------- 4 
1.4.1. Producción de bioetanol ----------------------------------------------------------------------- 4 
1.4.2. Proceso para la producción de celulosa --------------------------------------------------- 5 
2. GENERALIDADES SOBRE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS ------------------ 6 
2.1. MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS ---------------------------------------------------------- 6 
2.2. COMPOSICIÓN DE LAS FIBRAS --------------------------------------------------------------- 7 
2.2.1. Celulosa -------------------------------------------------------------------------------------------- 8 
2.2.2. Hemicelulosa ------------------------------------------------------------------------------------- 9 
2.2.3. Lignina -------------------------------------------------------------------------------------------- 10 
2.3. LIGNOSULFONATOS ------------------------------------------------------------------------- 11 
2.4. MÉTODOS PARA LA OBTENCIÓN DE PASTA CELULÓSICA ------------------------------- 12 
2.4.1. Pretratamiento mecánico -------------------------------------------------------------------- 13 
2.4.2. Proceso de deslignificación mecánica --------------------------------------------------- 13 
2.4.3. Proceso de deslignificación química ------------------------------------------------------ 13 
2.4.3.1 Proceso Kraft ------------------------------------------------------------------------------ 14 
2.4.3.2 Proceso Sulfito. --------------------------------------------------------------------------- 15 
2.4.4. Blanqueo de pastas químicas -------------------------------------------------------------- 16 
2.5. USOS COMERCIALES DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS --------------------------- 18 
3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ------------------------------------------------------- 19 
3.1. EQUIPO UTILIZADO -------------------------------------------------------------------------- 19 
3.2. REACTIVOS Y MATERIA PRIMA ------------------------------------------------------------- 20 
3.3. CARACTERIZACIÓN DE DESECHOS LIGNOCELULÓSICOS ------------------------------- 21 
3.4. REACCIÓN DE DECONSTRUCCIÓN EN FASE ÁCIDA -------------------------------------- 22 
3.4.1. Montaje de sistema de reacción ----------------------------------------------------------- 22 
 
vi 
3.4.2. Condiciones de operación del sistema --------------------------------------------------- 22 
3.4.3. Reacciones en proceso de deconstrucción ácida. ------------------------------------ 23 
3.4.4. Descarga de sistema ------------------------------------------------------------------------- 24 
3.5. DETERMINACIÓN CONTENIDO DE LIGNINA EN PULPA ----------------------------------- 25 
3.5.1. Método yodométrico -------------------------------------------------------------------------- 25 
3.5.2.Determinación del número de kappa ----------------------------------------------------- 26 
3.5.3. Correlación entre número de kappa y lignina de Klason. --------------------------- 28 
3.6. TRATAMIENTO DE BLANQUEO DE PULPA ------------------------------------------------- 29 
3.6.1. Pretratamiento de pulpa con sosa caustica --------------------------------------------- 29 
3.6.2. Secuencia de blanqueo ---------------------------------------------------------------------- 29 
3.7. SECADO DE PULPA DE CELULOSA --------------------------------------------------------- 29 
3.7.1. Definición e importancia del proceso de secado. ------------------------------------- 30 
3.7.2. Metodología de secado. --------------------------------------------------------------------- 31 
3.7.3. Determinación de rapidez de secado ---------------------------------------------------- 32 
3.8. DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD DE PULPA. -------------------------------------------- 33 
3.8.1. Caracterización de biopolímeros mediante viscosimetría --------------------------- 33 
3.8.2. Metodología para determinación de viscosidad. -------------------------------------- 36 
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS -------------------------------------------------------------- 38 
4.1. MODIFICACIÓN DE PARÁMETROS DE OPERACIÓN EN REACCIÓN DE 
DECONSTRUCCIÓN ÁCIDA. ----------------------------------------------------------------------- 38 
4.1.1. Variación de temperatura -------------------------------------------------------------------- 39 
4.1.2. Variación de cantidad de dióxido de azufre --------------------------------------------- 40 
4.1.3. Variación de tiempo de reacción ---------------------------------------------------------- 41 
4.1.4. Variación de pH de reacción ---------------------------------------------------------------- 42 
4.2. ETAPA DE BLANQUEO DE PULPA PROVENIENTE DEL REACTOR. ----------------------- 43 
4.2.1. Tratamiento de pulpa ácida con sosa caustica ---------------------------------------- 43 
4.2.2. Tratamiento con diferentes agentes blanqueantes en función de la viscosidad
 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 45 
4.2.3. Determinación de mejores condiciones de blanqueo -------------------------------- 46 
4.3. VARIACIÓN DE TEMPERATURA DE SECADO ---------------------------------------------- 48 
4.4. ANÁLISIS DE ESPECTRO INFRARROJO DE CELULOSA FINAL. --------------------------- 55 
4.5. ANÁLISIS DE TGA --------------------------------------------------------------------------- 58 
 
vii 
4.6. BALANCE DE MATERIA PARA LA PRODUCCIÓN DE CELULOSA-------------------------- 60 
4.6.1. Producción de celulosa a partir de madera teca -------------------------------------- 60 
4.6.2. Producción de celulosa a partir de olote de maíz ------------------------------------- 62 
4.6.3. Producción de celulosa a partir de madera pino -------------------------------------- 65 
5. CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------ 68 
ANEXOS --------------------------------------------------------------------------------------------- 70 
DETERMINACIÓN DE VELOCIDAD DE SECADO ------------------------------------------------- 70 
DETERMINACIÓN DE TIEMPO DE SECADO: ----------------------------------------------------- 70 
DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD --------------------------------------------------------------- 71 
DETERMINACIÓN DE NÚMERO DE KAPPA ------------------------------------------------------- 71 
BIBLIOGRAFÍA ------------------------------------------------------------------------------------ 73 
 
 
1 
Capítulo I 
1. Planteamiento y definición del problema 
 
1.1.Introducción y justificación del proyecto 
El constante crecimiento de la población, aunado a un régimen de producción 
capitalista genera un desgaste continuo de los recursos naturales para la 
subvención del índice de calidad de vida humana. Este tipo de sistema tiene como 
daño colateral la generación indiscriminada de residuos que no contemplan un 
aprovechamiento ulterior; ante esta perspectiva surge una postura que busca 
contrarrestar este daño mediante la creación de tecnologías para emplear estos 
residuos como materia prima en la creación de productos de valor agregado. 
Dentro de este rubro, los residuos lignocelulósicos provenientes del sector 
agroindustrial y maderero son una fuente de gran interés científico debido a su 
constante producción y bajo costo de compra, aunado a que se pueden usar como 
recurso renovable y biodegradable para la solución de varios problemas que se 
presentan en la industria, así como la solución de problemas de reciclado 
medioambientales. 
Estos subproductos provienen de residuos tales como las hojas, el bagazo, la viruta, 
el aserrín, el olote, etc. y como su nombre lo indica se componen principalmente de 
celulosa, lignina y hemicelulosa, donde la celulosa constituye el mayor porcentaje 
de la biomasa vegetal, siendo este, el biopolímero más abundante de la tierra y por 
tanto un recurso renovable del cual se debe maximizar su aprovechamiento. 
En este sentido, la obtención de celulosa es una constante necesidad humana, 
actualmente se producen aproximadamente 1.5 billones de toneladas por año, 
comparable a las reservas principales de recursos minerales y fósiles. (Rojas, 2016) 
Su aprovechamiento destaca principalmente en los procesos de producción de 
papel y la fermentación alcohólica, pero su gran versatilidad de uso debido a su 
modificación física o química permite que sea utilizada, por ejemplo, para materiales 
de relleno, materiales de construcción y revestimiento, laminados, textiles, películas 
 
2 
ópticas, medios de absorción, reguladores de viscosidad e incluso materiales de 
funciones avanzadas. 
Para la obtención de celulosa a partir de diferentes materias primas como la madera 
de pino, el papel reciclado, etc. se tienen actualmente una combinación de procesos 
térmicos, mecánicos y químicos como el proceso con bisulfito, con sulfito y con 
sulfato (Kraft), que resultan en una variación de las propiedades químicas y 
mecánicas de la celulosa obtenida, sin embargo su utilidad ante otro tipo de 
materiales no está completamente desarrollada o probada, además de ser procesos 
que someten a los materiales a condiciones sumamente fuertes y por tanto difíciles 
de acondicionar. 
En este ámbito es que la UNAM desarrolla una línea de investigación enfocada en 
el tratamiento de materia orgánica residual para la producción de lignosulfonatos, 
celulosa, ácido láctico y bioetanol por medio de un proceso innovador y más sencillo 
que sus predecesores. 
En el presente trabajo se continúa dicha línea de investigación utilizando como 
materia prima principal al aserrín de teca, olote y pino. Este trabajo experimental es 
un estudio de la modificación de variables de operación en el proceso de 
biorrefinación para la obtención de celulosa por medio de una reacción con dióxido 
de azufre y agua como reactivos principales, el producto final se caracterizó con el 
fin de analizar la transformación química en las propiedades de la materia prima 
original. 
La tesis se compone de la siguiente manera: en el capítulo uno se exponen los 
antecedentes en el desarrollo del proceso de deconstrucción ácida de diferentes 
materiales lignocelulósicos además de presentarse los objetivos y la justificación del 
proyecto; en el segundo capítulo se encuentran algunas generalidades sobre la 
biomasa utilizada y los métodos de producción de celulosa actuales; el tercer 
capítulo habla acerca de la metodología que se desarrolló en la parte experimental 
y los fundamentos teóricos de la investigación; en el cuarto capítulo se presentan 
los resultados obtenidos y en ultimo capitulo se desarrollan las conclusiones del 
proyecto. 
 
3 
1.2.Hipótesis 
La reacción de sulfonación de lignina e hidrolisis de hemicelulosa dentro deun 
proceso de deconstrucción ácida de residuos lignocelulósicos deviene en un 
producto constituido principalmente de celulosa debido a que es un biopolímero 
relativamente estable ante las condiciones de reacción analizadas. 
 
1.3.Objetivo general 
El objetivo de la presente investigación es modificar condiciones de operación del 
proceso descrito en la patente Mx/a/2016/008612 “Proceso de tratamiento ácido en 
fase gas de materiales lignocelulósicos”, tales como la temperatura, tiempo, pH, y 
cantidad de SO2 para lograr la producción de celulosa con mayor pureza y una 
calidad similar a la que se produce por medio de los procesos químicos actuales. 
 
1.3.1.Objetivos particulares 
1. Montar y operar un reactor intermitente de 300 mL para la reacción de 
deconstrucción ácida de aserrín de teca, olote y pino 
2. Caracterizar el efluente de proceso por distintos métodos, como el 
gravimétrico y titulaciones óxido reducción. 
3. Determinar las condiciones de blanqueo posterior a la etapa de reacción, 
para extraer la lignina y la materia oxidable aun presente en la pasta del 
efluente de proceso. 
4. Hacer un análisis de condiciones de secado en la celulosa resultante de 
proceso para determinar su influencia sobre la viscosidad del biopolímero, 
siendo éste un parámetro de correlación con su peso molecular. 
 
 
4 
1.4.Antecedentes 
1.4.1.Producción de bioetanol 
La generación de alternativas energéticas a las usadas actualmente como lo son el 
petróleo y gases asociados producen un área de oportunidad para el 
aprovechamiento de distintos recursos naturales que conlleven a la generación de 
energías más limpias. 
Dentro de esta área de oportunidad surge la producción de biocombustibles 
(Bioetanol, biodiesel y biogás) como resultado de maximizar el aprovechamiento de 
productos agrícolas (Biocombustible de primera generación), y en especial de 
subproductos que estos generan al someterlos a distintos procesos agroindustriales 
(biocombustible de segunda generación), cuya disposición final es un gran 
problema ambiental. (Sánchez Riaño, Gutiérrez Morales, Muñoz Hernandéz, & 
Rivera Barrero , 2010) 
En el caso del bioetanol, la producción se diferencia en que el de primera generación 
o convencional, se obtiene de productos agrícolas que tienen valor alimenticio, pero 
su costo de producción es más bajo, sin embargo, utilizar productos comestibles se 
considera poco ético para el bienestar humano, es por esta razón que surge la 
producción de bioetanol de segunda generación que se obtiene de biomasa rica en 
celulosa y hemicelulosa sin valor alimenticio, aunque la tecnología de 
procesamiento de estos materiales es más compleja. (Cavieres Korn, 2008). 
Por tanto, las investigaciones actuales se centran en el estudio e incursión de 
procesos viables tanto tecnológicamente como económicamente para estas 
materias primas; es en este punto que el doctor Martín Hernández Luna y asociados 
desarrollaron una patente para la obtención de bioetanol de segunda generación a 
partir de un tratamiento ácido en fase gas de materiales lignocelulósicos que puede 
ser consultada mediante el siguiente registro: Mx/a/2016/008612. Este proceso 
viene dado por las siguientes fases: obtención de biomasa, deconstrucción del 
material lignocelulósico, hidrólisis de los polisacáridos y posteriormente una 
fermentación de estos para la obtención de etanol y finalmente una destilación del 
etanol para obtener alcohol etílico. 
 
5 
1.4.2.Proceso para la producción de celulosa 
El proceso anteriormente mencionado no solo se limita a la obtención de alcohol 
etílico, sino que busca obtener otros productos de valor agregado como lo son el 
lignosulfonato de sodio, fosfato de calcio, xilosa y actualmente se enfoca en la 
refinación de los distintos materiales lignocelulósicos para la obtención de celulosa 
de alta calidad, siendo el proceso de deconstrucción ácida una innovación que 
compite con el proceso al sulfito y Kraft para la producción de pastas de papel. 
El proceso sulfito para fabricación de pasta de celulosa se desarrolló inicialmente 
basado en el uso de bisulfito de calcio, un producto químico barato para la 
fabricación de pasta, pero la tecnología de fabricación de pasta tipo sulfito ha 
evolucionado hasta incorporar el uso de otros sulfitos y bisulfitos, tales como sulfitos 
de magnesio, de amonio y de sodio, sin embargo, con el tiempo este proceso 
comenzó a perder terreno frente a su competidor: el método Kraft. Proceso que es 
más versátil al producir pastas más sólidas, además, permite una mejor 
recuperación de productos. La producción de pulpa por sulfito se ha reducido de 
casi 20 millones de toneladas en 1980 a unos 7 millones de toneladas en la 
actualidad, mientras que el proceso Kraft ostenta la producción de 29 millones de 
toneladas actualmente. (Chávez Sifontes & Domine, 2013) 
Es en este marco, donde la presente innovación para la producción de pulpa 
celulósica busca entrar por medio de un proceso que tiene como materia prima a 
los desechos agroindustriales (bagazo de agave, olote) y algunos residuos 
madereros como el proveniente del árbol de teca. Este proceso consta de una 
deconstrucción ácida con dióxido de azufre y agua en un reactor intermitente para 
la producción de una pasta con alto contenido de celulosa, posteriormente un 
tratamiento básico para la eliminación de residuos insolubles en fase ácida, seguido 
de un proceso de blanqueo para la eliminación de residuos de lignina aun presentes 
en la torta y finalmente un proceso de secado para obtener un producto de valor 
agregado de la más alta calidad 
 
 
6 
.Capítulo II 
2. Generalidades sobre residuos lignocelulósicos 
 
2.1.Materiales lignocelulósicos 
Las fibras naturales vegetales están constituidas principalmente por polisacáridos, 
compuestos fenólicos y en menor medida por minerales, lípidos, proteínas, solubles 
en agua y compuestos de bajo peso molecular. Dentro de los polisacáridos se 
engloban los polímeros de la celulosa y la hemicelulosa, por otra parte, los 
compuestos fenólicos se encuentran principalmente dentro de la estructura de la 
lignina. 
 
 
Materia 
Lignocelulósica 
Residuos de la 
agricultura 
Paja
 
Bagazo
 
Olote
 
Madera 
Coníferas o árboles 
de fibra larga 
(Softwood) 
Latifoliadas o árboles 
de fibra corta 
(Hardwood) 
Cáscara de arroz
Pino 
 
Abeto 
Eucalipto 
Teca 
 
Ilustración 2-1 Ejemplos de diferentes materiales lignocelulósicos 
 
7 
2.2.Composición de las fibras 
Dentro de estos compuestos lignocelulósicos los polímeros de la celulosa, 
hemicelulosa y lignina son los que se encuentran en mayor proporción, como se 
puede apreciar en la siguiente tabla: 
Tabla 2-1 Componentes de distintos materiales lignocelulósicos (%). (Teschke & Demers, 
2008) 
 Maderas blandas Maderas 
duras 
Paja Bambú Algodón 
α-Celulosa 38-46 38-49 28-42 26-43 80-85 
Hemicelulosa 23-31 20-40 23-38 15-26 n.d. 
Lignina 22-34 16-30 12-21 20-32 n.d. 
Extraíbles 1-5 2-8 1-2 0.2-5 n.d. 
Minerales 0.1-7 0.1-11 3-20 1-10 08-2 
Dentro de la hemicelulosa se engloban a diferentes azucares tipo pentosas y los 
extraíbles se refieren a sustancias que pueden ser retiradas por medio de 
operaciones unitarias que utilizan agua como principal componente; en la siguiente 
figura se muestran los principales componentes de los rubros mencionados: 
 
Ilustración 2-2 Composición molecular de madera (Presa, 2015) 
Madera 
Lignina 
Celulosa 
Hemicelulosa 
Manosa 
Galactosa 
Xilosa 
Arabinosa 
 
Extraíbles 
Terpenos 
Ácidos resinicos 
 Ácidos grasos 
Fenoles 
Insaponificables 
2-8% 
25% Maderas suaves 
21% Maderas duras 
45% 
25% Maderas suaves 
35% Maderas duras 
 
8 
2.2.1.Celulosa 
La celulosa es el polisacárido estructural más abundante en todo el reino vegetal. 
Las plantas son capaces de generar este biopolímero por medio de la glucosa que 
se sintetiza por mediode la fotosíntesis. Comercialmente este polisacárido se 
obtiene en mayor medida de la madera y del algodón, siendo esta última la fuente 
más pura. 
Este compuesto es un homopolisacárido lineal que se forma por la unión de 
moléculas de B-glucosa a través de enlaces B-1,4-glucosídico; su peso molecular 
llega a ser hasta de varios millones, y su alta resistencia mecánica y química se 
debe a que sus cadenas paralelas se alinean sobre un eje longitudinal y establecen 
un gran número de puentes de hidrógeno intermoleculares, lo que da origen a 
microfibrillas altamente estructuradas. Tiene zonas cristalinas y amorfas: las 
primeras se producen cuando las moléculas se enlazan con un alto grado de 
ordenación, mientras que en las segundas no existe este orden. A pesar de tener 
muchos hidroxilos libres es muy poco soluble en agua, debido a que estos grupos 
no se hidratan por estar actuando entre sí. (Badui Dergal, 2006) 
 
Ilustración 2-3 Enlace B-1,4-glucosídico de celulosa (Badui Dergal, 2006) 
La estructura molecular de la celulosa puede parecer simple, pero vista en forma 
macromolecular se torna extremadamente compleja, debido a que la celulosa tiene 
la capacidad de formar puentes de hidrógeno de forma intramolecular e 
intermolecular lo cual hace que se generen zonas cristalinas o fibrillas. 
La celulosa comercial se suele dividir en α-Celulosa, β-Celulosa y γ-Celulosa. La 
primera corresponde a la celulosa pura y no puede disolverse en soluciones 
 
9 
concentradas de sosa al 17%. La segunda contiene carbohidratos, azúcares y 
cadenas cortas de celulosa que pueden disolverse en hidróxido de sodio al 17% 
pero también pueden ser regeneradas en un ambiente ácido. La tercera celulosa 
consiste principalmente en hemicelulosa degradada a monómeros (manosa, xilosa) 
y ésta se puede disolver en sosa al 17% pero no puede ser regenerada. (Eriksson, 
2014) 
2.2.2.Hemicelulosa 
Este término se emplea para referirse a un grupo muy extenso de polisacáridos con 
diversos tipos de monómeros (heteropolisacáridos) que se localizan principalmente 
en la pared celular y que son muy distintos a la celulosa o al almidón. Generalmente 
son solubles en soluciones alcalinas concentradas (18 a 24 % de los hidróxidos de 
sodio o potasio) y son fácilmente hidrolizadas por ácidos, presentan una estructura 
amorfa (aun cuando algunos tipos desarrollan una forma fibrilar) y actúan como 
agentes cementantes en el tejido vegetal. (Badui Dergal, 2006) 
Su composición química se basa en la unión glucosídica de distintos 
monosacáridos, sobre todo pentosas (Arabinosa y xilosa), hexosas (glucosa, 
manosa y galactosa), ácidos urónicos (galacturónico y glucurónico) y algunos 
desoxiazúcares. Las hemicelulosas tienen una alta habilidad de absorber agua, 
razón por la cual se dice que son solubles. (Badui Dergal, 2006) 
 
Ilustración 2-4 Posible estructura de hemicelulosa-Xilano (Eriksson, 2014) 
 
10 
2.2.3.Lignina 
La lignina es un complejo polímero aromático asociado a los polisacáridos de la 
pared celular vegetal, su estructura estéreo−irregular y amorfa hacen de ella una 
molécula muy particular y difícil de degradar; son resistentes a la hidrólisis ácida, 
fácilmente oxidables, solubles en bisulfito o álcalis caliente, y fácilmente 
condensables con fenoles o tioles; cuando se hace reaccionar con nitrobenceno en 
una solución alcalina caliente, las ligninas producen principalmente vainillina, 
siringaldehído y p-hidroxibenzaldehído en función del origen de las ligninas; cuando 
se colocan a ebullición en una solución etanólica de ácido clorhídrico, las ligninas 
forman monómeros del tipo “cetonas de Hibbert” (mezcla de cetonas aromáticas 
resultantes de la ruptura de los principales enlaces éter (β-O-4) entre unidades de 
lignina) (Lu & John, 2010) 
Este biopolímero es una sustancia fenólica que consiste en una matriz irregular de 
unidades de fenilpropano enlazadas por medio de grupos sustituyentes como el 
hidroxi (-OH) y metoxi (-OCH3). Las unidades monoméricas precursoras para la 
formación de la lignina son el alcohol p-cumarilico (I), el alcohol coniferílico (II) y el 
alcohol sinapílico (III). (Pettersen, 1984) 
 
Ilustración 2-5 Monómeros de síntesis de Lignina (Pettersen, 1984) 
El primero es un precursor menor de la lignina en maderas suaves y blandas; el 
segundo es el precursor dominante en maderas suaves y finalmente el segundo y 
tercero son dominantes en la lignina de madera dura, estos alcoholes son enlazados 
para la producción de lignina por medio de enlaces tipo éter (R-O-R) y enlaces 
Carbono-Carbono (C-C). A continuación, se ilustra de manera esquemática la 
estructura de una lignina de madera suave. 
 
11 
 
Ilustración 2-6 Composición molecular de Lignina de madera suave (Pettersen, 1984) 
2.3.Lignosulfonatos 
Los lignosulfonatos son un subproducto de valor agregado en la producción de 
pasta celulósica en la industria papelera, este proceso no es selectivo para la 
remoción de lignina, por lo que el licor resultante contiene una variedad de 
carbohidratos además de los lignosulfonatos producidos; por lo que para obtener 
lignosulfonatos con mayor grado de pureza debe someterse a posteriores procesos 
de separación (fermentación alcohólica de los azúcares con posterior destilación, 
precipitación, degradación química de los azúcares, etc.). 
El contenido de azufre ligado a la lignina inicial que es reportado en la literatura 
oscila entre 4-8%, la mayor parte en forma de sulfonato, aunque se encuentra en 
otras formas (sulfito y sulfato). En general, el grado de sulfonación de la lignina 
industrial es de 0.17-0.5 grupos sulfonato por unidad de fenilpropano, o alrededor 
de 0.9-3.3 grupos sulfonato por 1000 g de lignina. El rango de valores reportados 
 
12 
para las masas moleculares de los lignosulfonatos es amplio, y oscila entre 1000 y 
150000 uma. 
El uso de correlaciones espectroscópicas sugiere que los lignosulfonatos son 
sistemas nanodimensionales con dos dominios, que presentan tamaños de 
partículas de 10 nm (macromolécula individual) y 100-200 nm (macromoléculas 
asociadas). Estudios por Calorimetría Diferencial de Barrido (por sus siglas en 
inglés: DSC) han determinado que los lignosulfonatos no presentan temperatura de 
transición vítrea, y muestran dos picos (320 ºC y 450 ºC) correspondientes a 
temperaturas de descomposición de carbohidratos presentes y de la lignina, 
respectivamente. (Chávez Sifontes & Domine, 2013) 
2.4.Métodos para la obtención de pasta celulósica 
La principal fuente de fibra para la producción de pasta en este siglo es la madera 
procedente de los bosques de conífera, aunque más recientemente ha aumentado 
la utilización de maderas de bosques tropicales, así como desechos 
agroindustriales, no obstante, lograr el fraccionamiento de esta biomasa es un 
trabajo muy complejo, dado que el elevado contenido de lignina presente en el 
material impide la separación de los polisacáridos, por lo cual, es necesario emplear 
tratamientos físicos, químicos, biológicos o la combinación de éstos, lo 
suficientemente fuertes para que permitan la separación de los polímeros pero sin 
generar reacciones secundarias de estos azúcares en productos indeseados. 
(Cortes Ortiz, 2011) 
La mayor parte del refinamiento de la pasta celulósica se obtiene por el 
procedimiento al sulfato, seguida por los métodos mecánicos y por el procedimiento 
al sulfito, cerca del 76% de producción corresponde a celulosas químicas y sólo el 
24% pertenece al ramo de las celulosas mecánicas. Los procesos de elaboración 
difieren en el rendimiento y la calidad del producto, y en los métodos químicos, en 
los productos químicos utilizados y en la proporción que puede ser utilizada para su 
reutilización. (Teschke & Demers, 2008) 
El proceso de obtención de celulosa consiste en una cadena de tratamientos que 
van desde la obtención y molienda de la materia prima para su cocción posterioren 
 
13 
la que se busca remover toda la lignina posible hasta la etapa de blanqueo final 
donde se busca incrementar la pureza y blancura de la celulosa que permiten 
obtener cantidades de 90 a 96% de α-celulosa. 
2.4.1.Pretratamiento mecánico 
Consiste particularmente en el corte de la biomasa lignocelulósica en pedazos más 
pequeños. El objetivo de un pretratamiento mecánico es una reducción en el tamaño 
de partículas, así como de la cristalinidad. La reducción de tamaño de las partículas 
conduce a un aumento de la superficie disponible y una reducción del grado de 
polimerización. El aumento de la superficie específica, la reducción del grado de 
polimerización y el corte, son todos factores que aumentan el rendimiento de la 
hidrólisis total de la biomasa lignocelulósica (Cortes Ortiz, 2011) 
2.4.2.Proceso de deslignificación mecánica 
Este proceso consiste en introducir astillas de madera o aserrín a través de un disco 
de la refinadora, donde se desmenuzan en trozos más pequeños al presionarlos a 
través de rejas y ranuras cada vez más estrechas para que se separen las fibras de 
celulosa. La pasta resultante es más débil que la separada químicamente, pero 
permite rendimientos (proporción de madera inicial en la pasta) mayores al 85%, en 
este proceso la lignina que une a la celulosa y hemicelulosa, no se disuelve, 
simplemente se ablanda, permitiendo que las fibras se asienten fuera de la 
estructura de la madera (Teschke & Demers, 2008) 
Una variante de esta técnica es la elaboración de pasta termo-mecánica en la que 
las astillas se cuecen al vapor, sometiéndola a altas presiones y a una temperatura 
de unos 140ºC (que es la temperatura de transición vítrea de la lignina). Actualmente 
existen combinaciones del proceso mecánico y el proceso químico en las que la 
pasta se somete a una cocción después del refinamiento mecánico. 
2.4.3.Proceso de deslignificación química 
Las astillas provenientes del pretratamiento mecánico son transportadas a través 
de correas a reactores, denominados digestores, donde se combinan con agua y 
productos químicos y se calientan hasta que se separan las fibras de celulosa. Esta 
operación permite disolver gran parte de la lignina en la madera permitiendo que las 
 
14 
fibras se separen sin dañarse de forma sustancial. Estos procesos permiten una 
remoción mucho mayor de componentes no fibrosos de la madera, por lo que los 
rendimientos son normalmente de 40 a 55% respecto a la biomasa inicial. 
Una vez obtenidas las fibras provenientes de la cocción se lavan con agua y se 
clasifican para eliminar las impurezas y sustancias químicas residuales. 
Dependiendo del proceso de cocción la pulpa puede ser clasifica en dos ramas, la 
obtenida mediante el proceso al sulfato o Kraft y la pulpa obtenida al sulfito. 
2.4.3.1Proceso Kraft 
La pasta química producida por este proceso ocurre en medio alcalino, utiliza 
hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S) como agentes de cocción y 
genera una pasta fuerte y oscura. Este proceso es capaz de utilizar tanto maderas 
de fibra larga como maderas de fibra corta sin embargo requiere de la recuperación 
química para poder competir económicamente. 
Dentro de esta técnica se hace un tratamiento termomecánico previo con vapor de 
agua a 140-170 °C para limpiar los grupos acetil- y formil- que se encuentran en la 
madera, además, esta etapa permite empezar una despolimerización de los 
componentes de la madera (principalmente hemicelulosa), reduciendo su masa 
entre un 5-20% dependiendo del tiempo de hidrólisis y de la temperatura. 
(Woodings, 2001) 
Posteriormente las astillas remanentes son transportadas a los digestores donde se 
cuecen en una mezcla llamada licor blanco que contiene NaOH y Na2S, la 
temperatura se sube lentamente hasta unos 200 °C y se deja alta presión 
manteniendo estas condiciones por 3 o 4 horas para reducir los trozos de madera 
a una pasta parda que se tamiza para separar los trozos de madera que hayan 
quedado sin digerir. (Teschke & Demers, 2008) 
El producto de la cocción se procesa en filtros lavadores, la pasta es enjuagada con 
agua para arrastrar los líquidos de cocción y recuperar los compuestos químicos 
utilizados y finalmente es filtrada y espesada al quitarle agua., donde se separan las 
 
15 
fibras y el licor residual (licor negro). La pulpa obtenida se clasifica, limpia, espesa 
y almacena. 
El licor negro proveniente de la cocción se concentra por evaporación hasta que su 
contenido en agua es inferior al 40% y se pulveriza en una caldera de recuperación. 
La parte orgánica se consume como combustible y la parte inorgánica no quemada 
se disuelve en una solución de sosa cáustica débil, obteniéndose un licor verde que 
contiene principalmente Na2S y Na2CO3. Este licor se bombea a una planta de 
recaustificación donde reacciona con Ca(OH)2 formando NaOH y CaCO3 y este licor 
es recirculado a los digestores nuevamente. 
2.4.3.2Proceso Sulfito. 
El proceso al sulfito representa actualmente tan solo a un pequeño segmento del 
mercado, esta técnica suele realizarse en medio ácido, aunque existen variantes de 
esta que emplean medios neutros o hasta básicos. Este tipo de reacción es utilizado 
en tratamiento de maderas de fibra corta y unas pocas especies de fibra larga como 
el abeto. 
En este método se utiliza un licor de cocción de ácido sulfuroso (H2SO3) y bisulfito 
(HSO3-) que se prepara haciendo pasar SO2 a través de una torre de absorción que 
contiene agua y una de las cuatro bases alcalinas (CaCO3 el sulfito original, Na2CO3, 
hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) o hidróxido de amonio (NH4OH) que producen el 
ácido y el ion y permiten controlar las proporciones de estos. (Teschke & Demers, 
2008) 
La solubilidad del catión utilizado en la reacción determina el nivel de pH, el cual es 
típicamente de 1-2 para bisulfito de calcio, 4.5 para bisulfito de magnesio y 
finalmente en un rango 14 para sulfito de sodio. La cantidad de SO2 en el seno del 
líquido debe ser del 1% y el total de este debe ser de 7 a 10% del licor para 
garantizar una sulfonación óptima y prevenir una condensación de lignina 
reaccionante. 
Normalmente, la pasta al sulfito se carga en digestores discontinuos por un tiempo 
de 6 a 8 horas, donde la sulfonación inicia a temperaturas mayores a los 110 °C y 
 
16 
normalmente la temperatura máxima que se alcanza ronda entre los 140-160 °C 
dependiendo de la acidez en el licor; licores ácidos requieren una menor 
temperatura, mientras que pH básicos permiten trabajar a mayor temperatura. 
(Woodings, 2001) 
Durante el proceso de digestión tienen lugar varios procesos químicos, incluyendo 
la ruptura de los enlaces entre la lignina y los carbohidratos, ruptura de los enlaces 
C-O que interconectan las unidades de lignina y la sulfonación de las cadenas 
alifáticas de la lignina. Durante el proceso entre 4-8% de azufre es incorporado a 
las moléculas de lignina, la mayor parte en forma de grupos sulfonato. (Chávez 
Sifontes & Domine, 2013) 
Disolver pastas por medio de este proceso genera productos prácticamente libres 
de lignina y contienen bajas cantidades de hemicelulosas, sin embargo, la 
sulfonación de α-carbono de la cadena de fenilpropano (lignina) forma fuertes 
ácidos sulfónicos que disminuyen el pH e incrementan el riesgo de condensación 
de lignina . (Woodings, 2001) 
La mezcla usada en la digestión, llamada licor rojo, se puede utilizar para recuperar 
calor y productos químicos en todos los procedimientos menos en el que se tiene 
como bisulfito sódico. Este licor se concentra y se quema para obtener un gas que 
contiene SO2, se enfría y se pasa a través de una torre de absorción en la que se 
combina con el catión para regenerar el licor de reacción. 
2.4.4.Blanqueo de pastas químicas 
El blanqueo es un proceso dirigido en varias etapas mediante el cual se refina y 
aclara la pulpa producida en el proceso químico. El objetivoes disolver o modificar 
la lignina parda que no se eliminó durante los procesos de elaboración de la pulpa, 
manteniendo la integridad de las fibras. 
En este proceso se utilizan diferentes compuestos oxidantes tales como cloro 
elemental (Cl2), dióxido de cloro (ClO2), peróxido de hidrógeno (H2O2), oxígeno (O2), 
etc.; cada etapa del blanqueo se define por su agente blanqueante, el pH, la 
temperatura y la duración. Después de cada una de ellas, la pasta se debe lavar 
 
17 
con agentes cáusticos para eliminar los agentes blanqueadores y disolver la lignina 
antes de pasar a la siguiente. (Teschke & Demers, 2008) 
Tabla 2-2 Condiciones de blanqueo (Teschke & Demers, 2008) 
Agente Símbolo Concentración 
de agente (%) 
pH Consistencia 
(%)* 
T (°C) t (h) 
Cl2 C 2.5-8 2 3 20-60 0.5-1.5 
NaOH E 1.5-4.2 11 10-12 <80 1-2 
ClO2 D 1 0-6 10-12 60-75 2-5 
NaClO H 1-2 9-11 10-12 30-50 0.5-3 
O2 O 1.2-1.9 7-8 25-33 90-130 0.3-1 
H2O2 P 0.25 10 12 35-80 4 
O3 Z 0.5-3.5 2-3 35--55 20-40 <0.1 
SO2 A 4-6 1.8-5 1.5 30-50 0.25 
NaS2O4 Y 1-2 5.5-8 4-8 60-65 1-2 
* Concentración de fibra en solución acuosa. 
La secuencia de blanqueo básica consiste en 5 etapas CEDED, las dos primeras 
etapas como continuación del proceso de deslignificación y las posteriores 
secuencias para la optimización de la brillantez de la pulpa. Finalmente, la pasta 
blanqueada debe llevarse a un proceso de secado y almacenarse. 
Cabe destacar que el secado es un paso de gran relevancia en la producción de 
celulosa, debido a que la manera en que es secada la pulpa es crucial para la 
accesibilidad en poros de procesos futuros, ya que las propiedades químicas y 
físicas son vulnerables a ciclos de secado y humidificación debido a que es un 
polímero fibrilar polar. 
El secado de la pulpa causa un rearreglo de las moléculas de celulosa y la 
combinación interfibrilar lo cual lleva a cambios irreparables en su estructura, este 
fenómeno es conocido como hornificación y causa que la pulpa seca tenga menos 
hinchamiento que la fibra virgen, además de volverla más rígida debido a un colapso 
y constricción de la superficie. La hornificación es responsable del decremento en 
 
18 
las propiedades químicas de la pulpa para la producción de papel. (Figueiredo, 
Evtuguin, & Saraiva, 2010) 
2.5.Usos comerciales de materiales lignocelulósicos 
Los principales constituyentes de la materia lignocelulósica son componentes 
susceptibles a la biorrefinación, es decir, un esquema de fraccionamiento integral 
que permite obtener material de valor agregado, como lo son la celulosa, 
hemicelulosa, lignina y los derivados de estas. 
De la celulosa pueden derivar polímeros celulósicos, como los que utilizamos 
diariamente con el uso del papel, y de otro tipo. Además, es susceptible de 
hidrolizarse hasta sus monómeros constituyentes para obtener medios 
fermentables para producción de etanol, biocarburante para transporte. 
De las hemicelulosas y sus azúcares monoméricos derivados (pentosas) pueden 
también derivarse medios fermentables, pero en este caso y dada la mayor variedad 
de monómeros y oligómeros constituyentes, se amplían las posibilidades de 
obtención de diversos productos químicos. Pueden obtenerse productos para 
cosmética, farmacia, productos para alimentación animal y humana, algunos tan 
conocidos como el xilitol, el ácido acético, el furfural y productos poliméricos de 
síntesis (resinas furánicas) de interesantes propiedades dado su carácter 
biodegradable en contraste con los plásticos derivados del petróleo. 
De la fracción polifenólica o lignina, existe el uso tradicional como combustible que 
se aplica en el sector de la pasta celulósica, el papel y que supone una valorización 
energética de la fracción residual. Sin embargo, cobran cada vez más auge las 
posibilidades de uso en el sector de materiales (tableros), derivados de esteroles 
con aplicaciones en farmacia o alimentación funcional, antioxidantes, materiales 
poliméricos y aditivos de betunes y asfaltos. (López, García , Feria, Zamudio, & 
Pérez , 2010) 
 
 
19 
Capítulo III 
3. Metodología experimental 
 
3.1.Equipo utilizado 
 Reactor Batch marca Parr con un volumen de 300 mL, flecha de agitación, 
soporte, termopar, manómetro y motor ensamblado 
 Controlador de temperatura y agitación marca Parr modelo 4842 
 Mantilla de calentamiento para reactor Batch marca Parr con una potencia 
de 400 watts 
 Horno de secado a presión atmosférica a 80 °C 
 Parrilla de calentamiento y agitación magnética marca cole-parmer 
 Barra de agitación magnética 
 Matraz Kitasato de un litro ensamblado a una bomba de vacío y embudo 
Büchner con filtro de celulosa Whatman 540 
 Matraces Erlenmeyer de 250 mL 
 Vasos de precipitado de 1L, 500mL, 250 mL y 80mL 
 Bureta volumétrica de 25 mL 
 Pipeta volumétrica de 10 mL 
 Probeta de 100 mL y 10 mL 
 Caja Petri de 100x15mm y 60x15 mm 
 Vidrio de reloj de 100 mm 
 Matraz aforado de 1L, 500mL y 250mL 
 Viscosímetro Cannon-Fenske tamaño 100 
 Mortero 
 Tamizador de diversas medidas 
 Potenciómetro modelo PH10 marca CONDUCTRONIC 
 Termómetro electrónico marca TRACEABLE 
 Balanza analítica con precisión de 0.0001 g marca OHAUS 
 Balanza de precisión de 0.1 g marca OHAUS 
 Circulador de agua marca polyscience 
 
20 
3.2.Reactivos y materia prima 
 Biomasa. Materia prima utilizada para el proceso de biorrefinación para la 
obtención de celulosa. Para esta experimentación se utilizó aserrín de teca y 
bagazo de caña de azúcar. 
 Pulpa de proceso. Pulpa proveniente de proceso de deconstrucción del 
material lignocelulósico, en su mayoría celulosa. 
 Dióxido de azufre (SO2). Reactivo empleado para la deconstrucción de la 
biomasa. 
 Hidróxido de sodio (NaOH). Reactivo utilizado como agente solubilizante 
de lignina residual en pulpa de proceso; agente controlador de pH para 
condiciones de blanqueo de pasta final; reactivo para la captación de SO2 
proveniente de proceso de biorrefinación. 
 Hidróxido de calcio (Ca(OH)2). Reactivo empleado para precipitación de 
ácido lignosulfónico proveniente de licores de proceso 
 Permanganato de Potasio (KMnO4). Reactivo empleado para determinar 
los compuestos oxidables dentro de la pulpa de proceso, como medida 
aproximada para la determinación de lignina presente en la misma 
 Yoduro de potasio (KI). Reactivo empleado en la oxidación de la pulpa de 
proceso como agente de terminación de reacción entre la pulpa de proceso 
y el permanganato de potasio. 
 Ácido sulfúrico (H2SO4). Reactivo utilizado para mantener condiciones 
acidas durante la oxidación de la pulpa de proceso. 
 Tiosulfato de sodio (Na2S2O3). Reactivo analítico empleado para 
yodometria en la determinación de materia oxidable en la pulpa de proceso. 
 Almidón. Indicador utilizado para las determinaciones yodométricas. 
 Fenolftaleína. Empleado como indicador en titulaciones ácido-base. 
 Clorito de sodio (NaClO2).Reactivo empleado para el proceso de 
blanqueamiento final de la pulpa de proceso 
 Hipoclorito de sodio (NaClO4). Reactivo empleado para el proceso de 
blanqueamiento final de la pulpa de proceso 
 
21 
 Peróxido de hidrógeno (H2O2). Reactivo empleado para el proceso de 
blanqueamiento final de la pulpa de proceso. 
 Hidróxido de Bis(etilendiamina)-(Cobre) (CED). Reactivo empleado como 
agente solvente en la determinación de viscosidad de celulosa. 
 Nitrógeno (N2). Reactivo empleado para garantizar un ambiente rico en 
nitrógeno durante la disolución de celulosa en CED para la determinación de 
su viscosidad. 
 Agua desmineralizada (H2O). Reactivo utilizado para las reacciones de 
sulfonación, oxidación, ácido-base. Para el lavado de la pulpa proveniente de 
proceso y para todas las determinaciones cuantitativas realizadas en la 
experimentación. 
 
3.3.Caracterización de desechos lignocelulósicos 
La materia prima para el proceso de deconstrucción ácidapara la obtención de 
celulosa fue caracterizada previamente por otros investigadores en el laboratorio 
donde se desarrolló este proyecto (Mercadal Ramirez, 2017), el método utilizado 
fue el “Van Soest&Wine”, el cual consiste en la determinación del porcentaje en 
peso de hemicelulosa, celulosa, lignina y minerales por medio de un proceso 
consecutivo en el que se registra la pérdida en masa de la muestra inicial. (Van 
Soest & Wine, 1967). A continuación, se presentan los resultados obtenidos para 
las materias primas utilizadas en laboratorio: 
Tabla 3-1 Composición química de biomasa inicial en porcentaje 
Muestra 
% 
Solubles 
% 
Hemicelulosa 
% 
Celulosa 
% 
Lignina 
% 
Minerales 
Aserrín de 
Teca 
8.29 22.91 45.73 21.11 1.96 
Olote de Maíz 16.72 29.87 37.17 16.09 0.15 
Aserrín de 
Pino 
8.80 16.20 52.30 21.70 1.00 
 
 
22 
3.4.Reacción de deconstrucción en fase ácida 
3.4.1.Montaje de sistema de reacción 
La reacción de deconstrucción ácida fue realizada en un reactor Batch marca Parr 
con un volumen de 300 mL, flecha de agitación, soporte, termopar, manómetro y 
motor ensamblado. Se acopló a una mantilla de calentamiento con una potencia de 
400 watts para mantener condiciones isotérmicas por medio de un controlador de 
temperatura y agitación. 
3.4.2.Condiciones de operación del sistema 
Para la carga y operación del reactor se siguieron las condiciones de operación 
descritas en la patente Mx/a/2016/008612 y se modificaron las variables de 
temperatura, tiempo, cantidad de SO2 y pH para aumentar el avance de las 
reacciones de sulfonación de lignina e hidrólisis de la hemicelulosa con motivo de 
optimizar la pureza de celulosa en la pasta final de reacción. 
El proceso de deconstrucción ácida se realizó a partir de tres materias primas 
diferentes: teca, pino y olote. La operación consistió en pesar una cantidad de 
biomasa base seca y agua inicial conocidas en la patente Mx/a/2016/008612 para 
formar una solución que posteriormente se vertió en el sistema. Debido a que el 
reactivo principal de la deconstrucción se encuentra en fase gaseosa el reactor se 
selló herméticamente por medio del ajuste de válvulas y tuercas del sistema 
El SO2 se suministró al reactor por medio de un tanque de almacenamiento, el flujo 
de gas se dio por diferencia de presiones y se facilitó la alimentación del mismo por 
medio de agitación constante dentro del reactor, la cantidad de SO2 suministrada se 
determinó por diferencia de pesos en el reactor; la manipulación de este gas se hizo 
siempre en presencia de un extractor de gases y se utilizó una máscara para 
retención de estas partículas en caso de existir fuga. 
Se realizaron diversas corridas en las que se trabajó dentro de un periodo de 4 a 7 
horas de reacción con una variación de temperatura de 110°C a 130°C, se trabajó 
con una cantidad de SO2 desde los 8 g hasta 18 g y el pH se modificó por medio de 
la adición de óxido de calcio al reactor para la formación de los iones bisulfito de 
calcio y sulfito de calcio. 
 
23 
3.4.3.Reacciones en proceso de deconstrucción ácida. 
Dentro del reactor, el proceso de deconstrucción ácida del material lignocelulósico 
ocurre en varias etapas, la primera de ellas es la reacción del SO2 dentro del sistema 
acuoso a bajas temperaturas, como se muestra a continuación: 
𝑆𝑂2 + 𝐻2𝑂 → 𝐻2𝑆𝑂3 
𝐻2𝑆𝑂3 + 𝐻2𝑂 → 𝐻𝑆𝑂3
− + 𝐻3𝑂
+ 
Lo anterior permite tener un reactor en el que la biomasa es atacada por tres 
reactivos diferentes, óxido de azufre gaseoso, ácido sulfuroso y el ion bisulfito de 
sodio en fase acuosa, con lo cual, las reacciones de sulfonación e hidrólisis se 
desarrollan satisfactoriamente. La adición de cal al sistema reaccionante juega un 
papel determinante en el proceso ya que este desplaza el equilibrio hacia la 
producción del ion sulfito y bisulfito en solución, lo que permite una deconstrucción 
más agresiva de la biomasa. Las reacciones que se presentan al agregar cal al 
sistema son las siguientes: 
𝐶𝑎𝑂 + 𝐻2𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝑆𝑂2 → 𝐶𝑎(𝐻𝑆𝑂3)2 
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝐻2𝑆𝑂3 → 𝐶𝑎𝑆𝑂3 + 2𝐻2𝑂 
Al incrementarse la temperatura dentro del reactor ocurren dos reacciones 
simultáneamente, la sulfonación de la lignina y la hidrólisis ácida de la hemicelulosa, 
la primera reacción consiste en la unión de iones sulfito, bisulfito y gas SO2 a lignina; 
la segunda reacción consiste en la reducción de la hemicelulosa a su expresión de 
azúcares más básicas, principalmente pentosas (Xilosa) y algunas hexosas. La 
hidrólisis ácida de la hemicelulosa se puede presentar a temperaturas menores a 
los 100 °C, sin embargo, la adherencia de la lignina como protector de las células 
de las plantas permite que las celulosa y hemicelulosa sean más resistentes a la 
hidrólisis en fase ácida. 
 
24 
Finalmente, la celulosa al ser un biopolímero más estable presenta una 
deconstrucción ácida poco notable a las condiciones de reacción realizadas en el 
laboratorio, por lo que se supone como un material inerte dentro del reactor. 
3.4.4.Descarga de sistema 
Al finalizar el tiempo de cocción se dejó de suministrar calor al sistema de reacción 
y se despresurizó por medio de una manguera conectada de una de las válvulas del 
reactor a una solución concentrada de sosa, donde se burbujeó el SO2 que no 
reaccionó para ser capturado por medio de la siguiente reacción: 
𝑆𝑂2(𝑔) + 2𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎2𝑆𝑂3 (𝑎𝑐) + 𝐻2𝑂(𝑙) 
Posteriormente este efluente de proceso se guardó para su posterior tratamiento y 
poder ser desechado conforme la norma mexicana vigente de desecho de efluentes 
en aguas residuales. 
Una vez despresurizado el reactor se abrió dentro de una campana y se procedió a 
realizar la filtración al vacío de la suspensión resultante por medio de un embudo 
Büchner colocado a un matraz Kitasato acoplado a una bomba de vacío, utilizando 
filtros de papel de celulosa Whatman número 54 para separar los sedimentos de la 
suspensión (celulosa, ácido lignosulfónico insoluble, lignina sin reaccionar y 
minerales presentes en la biomasa) del líquido en exceso. 
El licor negro, llamado así por la tonalidad que presenta a causa de contener lignina, 
ácido lignosulfónico y los azúcares producidos por la hidrólisis de la hemicelulosa, 
se almacenó a una temperatura de 5°C para realizar análisis de extracción de lignina 
por medio de la precipitación de lignosulfonato de calcio y análisis de contenido de 
carbohidratos totales por medio de HPLC. 
La pulpa o torta separada del proceso de filtración se le realizó una serie de lavados 
abundantes con agua desionizada a una temperatura aproximada de 60°C para 
garantizar la remoción de todos los materiales solubles que se encuentran dentro 
de la torta, ya que esta, al estar hidratada retiene líquidos con una relación 
aproximada de 1:3 en proporción del sólido seco. La pulpa húmeda se almacenó a 
5°C para su posterior tratamiento. 
 
25 
Para determinar el contenido de sólido seco en la pulpa resultante de proceso se 
pesó la torta húmeda y este dato se multiplicó por el porcentaje de su humedad. El 
porcentaje de humedad se determinó por medio de un proceso de pérdida de agua 
por calentamiento en el que se tomó una muestra del total y se secó durante un día 
por medio de un horno a presión atmosférica que opera a 80 °C. Finalmente el sólido 
en base seca se usó para la determinación de lignina en pulpa. 
3.5.Determinación contenido de lignina en pulpa 
La composición relativa de la pasta resultante se determinó mediante la norma 
Tappi 236 om-99 “Kappa number of Pulp” que mide la cantidad de permanganato 
0.1 N que se consume por gramo de pulpa. 
Este proceso para la determinación relativa de lignina en la pulpa resultante de la 
reacción tiene como base correlaciones empíricas entre el porcentaje de lignina de 
Klason y el método de la determinación de número de kappa, este último tiene como 
principio el altopotencial de oxidación del permanganato de potasio y la facilidad de 
cuantificar el consumo de este por medio de métodos yodométricos. 
3.5.1.Método yodométrico 
La valoración yodométrica es un método indirecto conocido comúnmente como 
yodometría que tiene como fundamento la acción reductora de las soluciones de 
yoduro cuyo resultado es la liberación de yodo que se puede determinar mediante 
soluciones de tiosulfato de sodio. Este método está basado en la acción oxidante 
del yodo y reductora de los yoduros, que puede condensarse en la reacción 
reversible: (Orozco, 1978) 
𝐼2 + 2𝑒
− → 2𝐼− 
Sin embargo, el potencial de oxidación de este sistema es mucho menor al de otros 
sistemas como el de permanganato 
𝑀𝑛𝑂4
− + 8𝐻+ + 5𝑒− → 𝑀𝑛2+ + 4𝐻2𝑂 ⋯ ⋯ ⋯ + 1.52 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 
𝐼2 + 2𝑒
− → 2𝐼− ⋯ ⋯ ⋯ + 0.54 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 
 
26 
Por lo cual, en este método se utiliza permanganato en vez de yodo para oxidar a 
la pulpa, ya que de esta forma se tendrá seguridad de que se oxidan completamente 
todas las especies presentes en la pasta por medio de la acción del ion 𝑀𝑛𝑂4
−. 
Posteriormente, si se hacen actuar sobre el ion yoduro en solución ácida 
substancias oxidantes con un potencial de oxidación superior a los +0.54 volts, el 
yoduro actuará reduciendo cuantitativamente, dejando en libertad una cantidad de 
yodo que es equivalente a la substancia oxidante que reaccionó. Así cuando el ion 
𝑀𝑛𝑂4
−. (oxidante) actúa sobre el ion 𝐼− (reductor) en medio ácido, se llevará a cabo 
la siguiente reacción, en la que el yodo libre es equivalente a la cantidad de ion 
permanganato. 
2𝑀𝑛𝑂4
− + 10𝐼− + 16𝐻+ → 2𝑀𝑛2+ + 5𝐼2 + 8𝐻2𝑂 
Así pues, si se logra conocer la cantidad de yodo puesto en libertad en la reacción, 
se puede determinar la cantidad de la substancia oxidante que intervino. La cantidad 
de yodo libre se determina con exactitud haciendo uso de su acción sobre el 
tiosulfato de sodio como se explica a continuación: (Orozco, 1978) 
El sistema de tiosulfato tiene un potencial de oxidación inferior al sistema yodo-
yoduro por lo que el tiosulfato reduce cuantitativamente al yodo y por lo tanto esta 
reacción sirve como base para valorar el yodo siguiendo esta ecuación: 
2𝑆2𝑂3
2− + 𝐼2 → 𝑆4𝑂6
2− + 2𝐼− 
3.5.2.Determinación del número de kappa 
La prueba de número de kappa se usa para determinar la cantidad de lignina 
presente midiendo la demanda de oxidante en pulpa. Puede ser usada para todos 
los tipos y grados de pulpas químicas y semiquímicas, no blanqueadas y 
semiblanqueadas obtenidas hasta un rendimiento por debajo del 70%. 
El número de kappa se define como el volumen en mililitros de permanganato de 
potasio 0.1 N consumido por 1 g de pulpa seca. Su significancia trasciende en las 
propiedades de la resistencia de la fibra. Valores bajos de kappa indican una intensa 
 
27 
cocción de la madera, la cual afecta en la resistencia de la fibra, pero ahorra en 
reactivos para el blanqueo. Valores altos indican el fenómeno opuesto. 
El número de Kappa se determinó por duplicado para garantizar la repetitividad de 
los datos y se manejó un parámetro desviación no mayor al 10%. La pasta que se 
utilizó fue la pulpa seca con la que se determinó la humedad. La preparación de la 
pulpa consistió en molerla con ayuda de un mortero para garantizar un tamaño de 
partícula homogéneo y la determinación de la cantidad de pulpa necesaria para 
reaccionar con el 50% del permanganato utilizado con una desviación permisible de 
20% fue a base de prueba y error. 
La pulpa molida se pesó y se agregó a un matraz Erlenmeyer de 250 mL, se le 
agregaron 170 mL de agua desionizada y se dejó agitar en un parrilla de agitación 
magnética a temperatura ambiente durante 5 minutos para garantizar un mezclado 
perfecto. Posteriormente se le agregó una mezcla de 10 mL de permanganato de 
potasio 0.5N y 20 mL ácido sulfúrico 4N, a partir de ese momento se tomó el tiempo 
de reacción, al minuto 5 se determinó la temperatura a la que ocurrió la reacción 
con la ayuda de un termopar y al minuto 10 se le agregaron 10 mL de yoduro de 
potasio 1.0N para detener la reacción; inmediatamente se procedió a titular la 
muestra con la ayuda de tiosulfato 0.2 N y al estar cerca del punto de viraje (amarillo 
pálido) se agregó almidón al 2% como indicador, la reacción se dio por concluida 
cuando el color de la solución paso de ser azul a transparente. Para determinar el 
número de kappa se realizó la determinación de un blanco con los especificaciones 
previamente escritas sin utilizar pulpa. 
Para determinar el número de kappa se tiene lo siguiente: 
𝐾 =
𝑝 ∗ 𝑓
𝑤𝑝𝑢𝑙𝑝𝑎
[1 + .013(25 − 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛)] 
Donde 
 𝐾 es el número de kappa en (mL/g) 
 𝑝 es la cantidad de permanganato 0.1N consumida por la pulpa (mL) 
 
28 
 𝑓 es el factor de corrección para asumir un 50% de consumo de 
permanganato. 
 𝑤𝑝𝑢𝑙𝑝𝑎 Es la cantidad de pulpa seca utilizada (g) 
 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 Es la temperatura media a la que ocurre la reacción (°C) 
𝑝 =
(𝑏 − 𝑎)𝑁
0.1
 
Donde: 
 𝑏 es la cantidad de tiosulfato de sodio consumido en la determinación del 
blanco (mL) 
 𝑎 es la cantidad de tiosulfato consumido en la prueba con pulpa (mL) 
 𝑁 es la normalidad del tiosulfato. 
𝑓 = 2.146𝑥10−3(% 𝐾𝑀𝑛𝑂4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜) + 0.893 
30% ≤ % 𝐾𝑀𝑛𝑂4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 =
(𝑏 − 𝑎)
𝑏
≤ 70% 
 
3.5.3.Correlación entre número de kappa y lignina de Klason. 
El número de kappa tiene una estrecha relación con la lignina de Klason para pulpas 
de rendimientos menores al 70%. El porcentaje de lignina de Klason es 
aproximadamente igual al número de kappa por 0.13. 
%𝐿𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝐾𝑙𝑎𝑠𝑜𝑛 = 0.13 ∗ 𝐾 
Industrialmente, determinar el porcentaje de lignina en pulpa a través del número 
de kappa es esencial debido a que con ello se verifica la calidad de la pulpa 
resultante de cocción que posteriormente será enviada al proceso de blanqueo. El 
beneficio de preferir este método a la hidrólisis con ácido sulfúrico presentada por 
Klason es el tiempo requerido, el número de kappa sólo tarda 20 minutos por 
muestra para obtener un resultado fiable, mientras que aplicar la hidrólisis ácida a 
cada muestra puede tardar entre 2 y 4 horas. 
 
29 
3.6.Tratamiento de blanqueo de pulpa 
3.6.1.Pretratamiento de pulpa con sosa caustica 
La pasta restante del proceso de sulfonación e hidrólisis ácida se trató mediante un 
proceso con sosa 2N para la reducción de hemicelulosa restante en la pulpa y 
activación de la lignina residual para las etapas posteriores de blanqueo. Se varió 
la cantidad de sosa por gramo de pulpa, la temperatura y el tiempo requeridos para 
realizar una extracción de los compuestos insolubles en fase ácida con el fin de 
abatir la cantidad de componentes oxidables para las etapas posteriores en el 
proceso de blanqueo. 
Para determinar la efectividad de este proceso se tomó una muestra de la pasta 
básica final con el fin de conocer el peso final de la muestra después del tratamiento 
y conocer el índice de remoción que se obtiene del mismo. Posteriormente se realiza 
una titulación óxido-reducción a la pulpa básica para la determinación del número 
de kappa en pulpa. 
3.6.2.Secuencia de blanqueo 
Este proceso consistió en una secuencia de dos a cuatro etapas de blanqueo, el 
agente oxidante principal fue el dióxido de cloro y entre cada etapa de oxidación se 
utilizó sosa para disolver la lignina aun presente y los compuestos oxidantes. 
En las etapas de blanqueo se varió la consistencia desde un 18% hasta un 6%, la 
temperatura entre 40°C y 80°C, el tiempo de reacción desde 30 minutos hasta las 2 
horas, así como la cantidad de agente oxidante, esto con el fin de determinar la 
mejor forma de extracción de los componentes oxidables aun presentes en la pulpa. 
Los parámetros de medición nuevamente fueron la cantidad de masa extraída en el 
proceso y finalmente la determinación de viscosidadcomo parámetro para 
determinar si el proceso de blanqueo tenía un efecto desintegrador en las fibras de 
celulosa. 
3.7.Secado de pulpa de celulosa 
El proceso de secado fue el último parámetro de proceso modificado, para ello se 
varió la temperatura de la operación unitaria de secado indirecta y se determinó la 
 
30 
calidad del producto final por medio de la viscosidad de la pulpa como un agente 
indirecto para medir el grado de polimerización de la celulosa. 
3.7.1.Definición e importancia del proceso de secado. 
La operación unitaria de secado consiste en la remoción de líquido excedente dentro 
de un sólido, el sólido húmedo puede estar en forma de tortas, lodos, hojas, cristales 
o gránulos y la utilidad de llevar a cabo este proceso se puede dividir en los 
siguientes puntos: 
 Permitir la utilización satisfactoria del producto final 
 Reducir los costos de trasporte y aumentar la capacidad del mismo. 
 Aumentar el valor y la utilidad de los productos obtenidos 
Los principios fundamentales que rigen este proceso son la transmisión de calor 
hacia el producto hidratado para la evaporación del líquido y la transferencia de 
masa de la fase sólida hacia la fase gaseosa. (Valiente Barderas & Obaya Valvidia, 
2016) 
La transferencia de calor se produce por conducción o por convección. En el primer 
caso, el sólido húmedo se sitúa en un recipiente calentado externamente, que tiene 
una salida para eliminar el vapor; frecuentemente se mantiene el recipiente a 
presión reducida para aumentar la fuerza impulsora; este tipo de secado también 
es conocido como secado indirecto, mientras que los secadores por convección son 
considerados de secado directo; en este caso el principio consiste en que un gas 
caliente se sopla sobre una superficie del sólido húmedo proporcionándole los dos 
efectos, entregar calor y eliminar el vapor formado. (McCabe, Smith, & Harriot, 2002) 
Para describir efectivamente la operación de secado se deben considerar las 
siguientes definiciones: 
 Humedad al equilibrio (X*): Es la mínima humedad que puede tener un sólido 
que está en contacto con el aire húmedo. Esta humedad no puede eliminarse 
por medio del aire entrante. 
 Humedad libre (X): Es la humedad total del sólido y la humedad al equilibrio. 
 
31 
 Humedad crítica (Xc): Es el punto que separa los dos períodos de secado 
constante y decreciente. 
 Rapidez de secado (NA): Son los kilogramos de agua secada por unidad de 
área y por unidad de tiempo. 
 Periodo de secado constante: Es el período de tiempo en el que la velocidad 
de secado es constante, desde la humedad inicial hasta la humedad crítica. 
En este periodo la evaporación sólo dependerá de la difusión del vapor o de 
la intensidad de paso de calor a través de la capa límite del aire 
 Periodo de secado decreciente: Este periodo empieza al llegar a la humedad 
crítica, cuando el sólido se insatura y la velocidad de secado está controlada 
por el movimiento del agua al interior del sólido, cuyos mecanismos más 
comunes son: 
o Secado por capilaridad: El agua se desplaza por los capilares y los 
poros que existe entre las partículas debido a la tensión interfacial 
entre el sólido y el agua. Experimentalmente se distingue este 
fenómeno en curvas de secado de NA vs X ya que presenta una 
tendencia lineal. 
o Secado por difusión: En este caso el líquido que se evapora se debe 
a una diferencia de concentraciones entre el interior del sólido y la 
superficie. Este tipo de mecanismo de secado se presenta en sólidos 
no porosos presenta una tendencia no lineal en curvas de secado. 
(Nonhebel & Moss, 1979) 
En esta operación unitaria los experimentos de secado se llevan a cabo por distintas 
razones, entre ellas se encuentran: 
1. Obtener las eficiencias de los secadores experimentales o existentes 
2. Estudiar el efecto de las variables sobre la forma en que se seca un producto 
y la calidad de este. 
3.7.2.Metodología de secado. 
El material secado fue el efluente que proviene del proceso de deconstrucción ácida 
que utiliza como materia prima teca en forma de aserrín. Previo al proceso de 
 
32 
secado, la suspensión es filtrada por un embudo Büchner acoplado a un matraz 
Kitasato conectado a una bomba de vacío para retirar la humedad excedente, 
siendo la torta final la que se procede a secar. 
El proceso de secado consistió en un método indirecto y se utilizó una parrilla marca 
Parr como agente externo para la transferencia de calor. Las muestras se pusieron 
en charolas de vidrio de un diámetro de 10 cm y se extendieron a lo largo del plato 
hasta formar una capa uniforme de grosor y longitud, para controlar la temperatura 
se utilizó un termopar ubicado en el seno de la torta y para garantizar la difusión del 
líquido de la fase sólida a la fase gaseosa se pasó una corriente de gas en forma 
perpendicular a las charolas. 
Se utilizó una balanza de precisión para medir la variación de la masa respecto al 
tiempo. El proceso de secado se dio por terminado cuando la variación en peso fue 
inferior a 0.1g y la humedad total de la muestra se determinó en un horno a 85°C. 
conforme lo indica la norma MABT-02-012 Pérdida de humedad por calentamiento. 
Finalmente se repitió la metodología a diferentes temperaturas para determinar la 
afectación de la viscosidad dentro del producto final. 
3.7.3.Determinación de rapidez de secado 
La rapidez de secado se define como: 
𝑁𝐴 = −
𝑑𝑋
𝑑𝜃
(
𝑆
𝐴
) 
Donde: 
𝑁𝐴 son los kilogramos de agua secada por unidad de área y unidad de tiempo. 
𝑆 es el peso del sólido seco. 
𝑋 es la humedad en base seca. 
𝜃 es el tiempo. 
La obtención de la gráfica de rapidez de secado vs humedad promedio se hace 
experimentalmente y el método de cálculo utiliza aproximaciones de diferencias 
 
33 
finitas para la sustitución de la parte diferencial de la ecuación, como se muestra a 
continuación: 
𝑋 =
𝜔𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝜔𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝜔𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
 
−𝑑𝑋 ≈ −∆𝑋 = 𝑋𝑖 − 𝑋𝑖+1 
𝑑𝜃 ≈ ∆𝜃 = 𝜃𝑖+1 − 𝜃𝑖 
Con lo cual la rapidez de secado se puede expresar como: 
𝑁𝐴 ≈ (
𝑋𝑖 − 𝑋𝑖+1
𝜃𝑖+1 − 𝜃𝑖
) (
𝑆
𝐴
) 
Para determinar homogéneamente el tiempo de secado de las muestras se procede 
a plantear el siguiente problema: Con las curvas obtenidas de NA vs X para los 
diferentes experimentos realizados obtener el tiempo de secado dentro de una 
charola con un área de 0.0314 m2 si la masa de sólido seco es de 20 g desde una 
humedad inicial de 2.5 g de agua/g de sólido seco hasta 0.05 g de agua/g de sólido 
seco. 
 
Para determinar el tiempo de secado se procede de la siguiente manera: 
𝜃 = − (
𝑆
𝐴
) ∫
1
𝑁𝐴
𝑑𝑋
𝑋2
𝑋1
 
Donde: 
𝑓(𝑥) se obtiene por medio de la grafica 
1
𝑁𝐴
 vs X ajustando una función apropiada 
con un factor de correspondencia mayor a 0.9. 
3.8.Determinación de viscosidad de pulpa. 
3.8.1.Caracterización de biopolímeros mediante viscosimetría 
El motivo principal para la determinación de la estructura de los polímeros es para 
relacionar el funcionamiento y sus propiedades con su estructura. Si se caracteriza 
 
34 
efectivamente un polímero es posible optimizar y controlar el proceso de producción 
para obtener mejores propiedades del sistema químico. (Seidel, 2008) 
Las principales herramientas para la caracterización de los polímeros se pueden 
dividir en espectroscópicas, físicas, propiedades térmicas, mecánicas y 
fisicoquímicas. (López Serrano Ramos, Mendizábal Mijares, & Ortega Gudiño, 
2015). 
Dentro de estas herramientas la forma más sencilla para la determinación del peso 
molecular se puede realizar por medio de viscosimetría, este método tiene su 
fundamento en que la viscosidad de una solución polimérica depende de la 
estructura química del polímero, de las interacciones con el disolvente y del peso 
molecular. Una molécula de alto peso molecular en un buen disolvente adquiere un 
gran volumen hidrodinámicoy la viscosidad de la solución aumenta aun en 
soluciones de baja concentración. (Fernández, 2011) 
El peso molecular numeral promedio de los polímeros se calcula según la ecuación 
de Mark-Hounwnik: (Gacén, Cayuela, & Tzvetkova, 2001) 
[𝜂] = 𝐾𝑀𝑎 
Donde: 
 𝑀 es el peso molecular numeral del polímero 
 𝐾 𝑦 𝑎 son constantes referidas en la bibliografía según el disolvente utilizado 
y la temperatura a la que se efectúan las medidas viscosimétricas 
 [𝜂] es la viscosidad intrínseca. 
Para determinar la viscosidad intrínseca, como primer punto se debe medir 
experimentalmente la viscosidad del disolvente puro y la viscosidad de la solución 
polimérica, a partir de lo anterior se determina la viscosidad relativa y la viscosidad 
especifica como se muestra a continuación: 
𝜂𝑒 = 𝜂𝑟 − 1 =
𝜂𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 − 𝜂𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
𝜂𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
 
Donde: 
 
35 
 𝜂𝑟 es la viscosidad relativa que se define como la relación de la viscosidad 
entre la solución y el disolvente puro 
 𝜂𝑒 es la viscosidad especifica que se define como la contribución relativa del 
polímero a la viscosidad de la solución 
Una vez determinada la viscosidad relativa y especifica se obtiene la viscosidad 
reducida y la viscosidad inherente por medio de las siguientes ecuaciones 
𝜂𝑟𝑒𝑑 =
𝜂𝑒
𝐶
 (𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎) 
𝜂𝑖𝑛ℎ =
ln 𝜂𝑟
𝐶
 (𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛ℎ𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒) 
Donde 𝐶 es la concentración del polímero en solución expresada en g/mL 
Estas mediciones se realizan en función de la concentración de un polímero en 
solución, dando así, una gráfica lineal con pendiente positiva de 𝜂𝑟𝑒𝑑 vs 𝐶 o una 
gráfica lineal con pendiente negativa de 𝜂𝑖𝑛ℎ vs 𝐶 en la que ambas se intersectan 
cuando las funciones se extrapolan a concentración nula, donde el valor de la 
ordenada al origen es la viscosidad intrínseca que se define como el volumen 
especifico efectivo de un polímero aislado. (Parada, Crespín, Miranda, & Katime, 
2004) 
Estas relaciones empíricas para la determinación de la viscosidad intrínseca fueron 
propuestas por Huggins y Kraemer y se expresan de la siguiente manera: 
𝜂𝑟𝑒𝑑 = [𝜂] + 𝐾1[𝜂]
2𝐶 
𝜂𝑖𝑛ℎ = [𝜂] + 𝐾2[𝜂]
2𝐶 
Finalmente, para determinar el peso molecular del polímero una vez determinada la 
viscosidad intrínseca se debe conocer los coeficientes K y a de la ecuación de Mark-
Hounwnik; para ello se debe saber el polímero y el disolvente a utilizar, en el caso 
de la celulosa existen diversos solventes que se pueden utilizar, tal es el caso de 
algunos ácidos minerales (ácido clorhídrico , ácido sulfúrico, etc.), sales inorgánicas 
en base acuosa (LiCl, ZnCl2), bases fuertes en soluciones acuosas (LiOH, NaOH, 
 
36 
NaOH+ZnO), sin embargo, los disolventes que se utilizan típicamente para la 
determinación de viscosidad son la soluciones de complejos metálicos como lo son 
el [Cu(NH3)4](OH)2 (“Cuoxam”, “Cuam”); [Cu(en)2](OH)2 (“Cupriletilendiamina”, 
“Cuene”, “CED”); [Cd(en)3](OH)2 (“Cadoxene”); etc. (Brandrup, Immergut, & Grulke, 
1998) 
A continuación, se muestran constantes para diferentes soluciones de celulosa. 
Tabla 3-2 Correlación entre viscosidad y peso molecular de celulosa1 
Solvente K(x102) (mL/g) A [η] (x10-2) (mL/g) T (°C) 
Cuoxam 11.3 0.657 0.2-4 25 
Cuene 0.498 1 1-2.4 25 
0.395 1 2.4-21.4 25 
Cadoxene 0.268 1 0.5-7.5 25 
 
3.8.2.Metodología para determinación de viscosidad. 
Para determinar la viscosidad se utilizó el método MABT-03-016 desarrollado por el 
grupo petroquímico Beta “Determinación de viscosidad de pulpa por el método de 
viscosímetro capilar” 
Para realizar esta prueba se necesitó un viscosímetro capilar Cannon-Fenske 100 
y un baño de temperatura constante para realizar las pruebas a una temperatura de 
25 °C, la muestra se utilizó en trozos o en polvo, para una incorporación a la solución 
sencilla. El solvente utilizado fue una mezcla de cupriletilendiamina 1.0M con agua 
en una relación 1:1. 
La solución polimérica se preparó a una concentración igual a 0.5%, para realizar 
esto se pesó 0.1000 g de pulpa seca que posteriormente fue vaciado en un matraz 
Erlenmeyer de rosca con agitador, la muestra se combinó con 10 mL de agua 
desionizada y se dejó mezclar por 10 minutos para homogenizar la mezcla; pasado 
el tiempo de mezclado se agregó 10 mL de solución CED 1.0M con pipeta 
 
1 Extracto de tabla tomado de (Brandrup, Immergut, & Grulke, 1998) página v/149 
 
37 
volumétrica, después se agregó una corriente de gas Nitrógeno durante un minuto 
para crear una atmosfera libre de oxígeno y se cerró inmediatamente. Finalmente 
se dejó agitar la solución por 20 minutos en parrilla de agitación magnética para 
garantizar la disolución total del soluto. 
Una vez terminado el tiempo de proceso se destapó el matraz y se tomó 10 mL de 
la solución para ser vaciada en el viscosímetro capilar acoplado a un baño de 
temperatura constante a 25.0 °C. Previo a la medición de tiempo se dejó pasar 5 
minutos para garantizar una temperatura constante. 
La operación del viscosímetro consistió en succionar el líquido por el capilar delgado 
por encima de la segunda marca del capilar para posteriormente dejarlo fluir y 
registrar el tiempo que la solución necesita para atravesar las dos líneas del capilar 
delgado. 
 
 
38 
Capítulo IV 
4. Análisis de Resultados 
 
4.1.Modificación de parámetros de operación en reacción de 
deconstrucción ácida. 
En la Tabla 4-1 se muestran los resultados obtenidos para la reacción de 
deconstrucción ácida de aserrín de teca en un reactor Batch isotérmico en presencia 
de dióxido de azufre, agua y en determinados casos óxido de calcio. En estos datos 
se presenta la modificación de 4 variables, las cuales son: el tiempo de reacción, la 
temperatura, la cantidad de SO2 y por último la cantidad de óxido de calcio. Los 
resultados se presentan en función del rendimiento de la reacción que se traduce 
como el cociente de la biomasa final entre la biomasa inicial; el número de kappa 
que indica la cantidad de lignina remanente en la pulpa y el avance de 
deslignificación que no es otra cosa sino un cociente de la lignina que reaccionó 
entre la lignina inicial. 
Tabla 4-1 Modificación condiciones de operación en reacción con SO2 
Clave 
Condiciones de operación Resultados 
ωCaO/ωTeca ωSO2/ωTeca T (°C) t (h) ωBf/ωBi # K (mL/g) 
Xavance 
deslignificación 
T1 - 0.44 110 6 0.605 80.7 0.699 
T2 - 0.44 120 6 0.533 83.0 0.728 
S1 - 0.23 120 4 0.717 97.5 0.569 
S2 - 0.33 120 4 0.585 68.2 0.755 
S3 - 0.39 120 4 0.556 54.7 0.813 
S4 - 0.20 130 2 0.749 105 0.516 
S5 - 0.46 130 2 0.594 95.4 0.651 
t1 - 0.42 120 4 0.569 78.5 0.725 
t2 - 0.45 120 5 0.548 79.1 0.733 
t3 - 0.44 120 6 0.533 83 0.728 
t4 - 0.46 130 2 0.594 95.4 0.651 
t5 - 0.35 130 3 0.574 60.2 0.787 
pH1 0.023 0.45 130 4 0.52 57.2 0.817 
pH2 0.029 0.46 130 4 0.489 50.3 0.849 
pH3 0.034 0.46 130 4 0.477 46.8 0.862 
 
 
39 
El objetivo de esta parte de la experimentación fue encontrar las condiciones que 
presentaran un mejor rendimiento y un mayor avance de deslignificación, en este 
caso, para la efectividad del primer parámetro se consideró que mientras más 
cercano a un valor de 0.46 estuviera, la reacción de sulfonación de lignina e 
hidrólisis de hemicelulosa en el aserrín de teca seria mayor debido a que su 
composición de celulosa ronda ese porcentaje. Además, se consideró que la 
reacción de hidrólisis de la celulosa es relativamente despreciable debido a su 
amplia estabilidad química aunado a condiciones de operación que no son tan 
drásticas. Para el segundo parámetro se tomó en cuenta el número de kappa, 
mientras más pequeño sea este, la cantidad de agentes oxidables será menor, en 
otras palabras, la cantidad de lignina remante será menor y por tanto el avance de 
deslignificación será mayor, traduciéndose esto, en un proceso de blanqueo 
posterior