Desarrollo de materiales avanzados a partir de nanocelulosa de fique

dc.contributor.advisor Combariza Montañez, Marianny Yajaira
dc.contributor.advisor Blanco Tirado, Cristian
dc.contributor.author Ovalle Serrano, Sergio Andrés
dc.date.accessioned 2022-04-01T05:33:40Z
dc.date.available 2022-04-01T05:33:40Z
dc.date.created 2022-04-01T05:33:40Z
dc.date.issued 2022-04-01T05:33:40Z
dc.description.abstract Las fibras de fique son extraídas de las hojas de Furcraea spp, representando un 5% en peso de sus hojas. Sin embargo, los subproductos, correspondientes a jugo, bagazo y estopa, representan el 95% restante y son considerados desechos. En este trabajo se estudiaron y reportaron, por primera vez, las propiedades espectroscópicas, microscópicas y térmicas de las fibras, estopa y bagazo de fique. Además, estos materiales se sometieron a un proceso de deslignificación con peróxido de hidrógeno alcalino para remover materiales amorfos (lignina y hemicelulosa). Los productos deslignficados también fueron estudiados en términos de composición química, estructura y morfología. La celulosa obtenida se usó para la extracción de nanofibras de celulosa (NFC) mediante una reacción de oxidación con TEMPO, asistida con ultrasonido, seguida de una desintegración mecánica, proceso aplicado por primera vez sobre la estopa de fique. Las NFC presentaron diámetros de 60-100 nm, densidad de carga superficial de 1.6 mmol COOH/g celulosa y alta estabilidad coloidal debido a un alto potencial ζ (–53 mV). Por otro lado, se investigó el efecto de la postoxidación de las NFC y su hidrofobización mediante reacción de amidación ‘one-pot’. La alta densidad de carga superficial fue decisiva en el acoplamiento de largas cadenas alifáticas en la superficie de las NFC para formar el producto amidado. Se observó que entre más hidrofílico fuera el material de partida, más hidrofóbico sería el producto amidado. Finalmente, en este trabajo también se reporta un método ‘one-pot’, amigable con el medio ambiente para la preparación de hidro/aerogeles funcionales mediante la síntesis de nanopartículas de plata en suspensiones de NFC extraídas de estopa de fique, usando sólo agua como solvente. Los resultados mostraron que, a mayores concentraciones de sal precursora, mayor cantidad de nanopartículas de plata formadas y mayor estabilidad del hidrogel formado.
dc.description.abstractenglish Fique fibers are extracted from Furcraea spp leaves, with 5% average mass yield, using mechanical decortication. Juice, pulp and tow, the by-products of this process, amount 95% of the leaf weight and are considered waste. In this work is studied and reported, for the first time, the spectroscopic, microscopic and thermal properties of raw Fique fibers, tow and pulp. In addition, these materials were subjected to ultrasound-assisted alkaline hydrogen peroxide treatment (AHP) to remove amorphous materials (hemicellulose and lignin). The delignified products were also studied to determine composition, structure and morphology and to determine the effect of the AHP treatment on the original biomass. Additionally, this contribution reported for the first time the extraction and characterization of nanocellulose from fique tow by chemical methods. Cellulose nanofibrils (CNF) were extracted via ultrasound-assisted TEMPO followed by mechanical disintegration with sonication. Fique CNF exhibit diameters in the range of 60-100 nm, surface charge density of 1.6 mmol COOH/g cellulose and high colloidal stability due to a high ζ potential (–53 mV). Furthermore, the effect of post-oxidation of CNF produced from delignified Fique tow and its hydrophobization by means of a 'one-pot' amidation reaction was investigated in the present work. The high surface charge density was decisive in the coupling of long aliphatic chains on the surface of CNF to form the amidated product. It showed that the more hydrophilic the starting material became, the more hydrophobic the amidated product. Finally, in this work is reported an environmentally benign ‘one-pot’ method for the production of functional hydro/aerogels by synthesizing silver nanoparticles in suspensions of CNF extracted from fique tow, using only water as solvent. Results showed that higher precursor amounts increased the amount of silver nanoparticles and added some stability to the hydrogel.
dc.description.cvlac https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001381094
dc.description.degreelevel Doctorado
dc.description.degreename Doctor en Química
dc.description.googlescholar https://scholar.google.com/citations?hl=es&user=sj-83GcAAAAJ
dc.description.orcid https://orcid.org/0000-0002-3451-7636
dc.format.mimetype application/pdf
dc.identifier.instname Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9665
dc.language.iso eng
dc.publisher Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty Facultad de Ciencias
dc.publisher.program Doctorado en Química
dc.publisher.school Escuela de Química
dc.rights http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.license Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/co/
dc.subject Fique
dc.subject Nanocelulosa
dc.subject Fibras Naturales
dc.subject Nanopartículas
dc.subject Materiales Funcionales
dc.subject.keyword Fique
dc.subject.keyword Nanocellulose
dc.subject.keyword Natural Fibers
dc.subject.keyword Nanoparticles
dc.subject.keyword Functional Materials
dc.title Desarrollo de materiales avanzados a partir de nanocelulosa de fique
dc.title.english Advanced materials from fique nanocellulose
dc.type.coar http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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