Isolation and Characterization of Nanofibrillar Cellulose from Agave tequilana Weber Bagasse

Abstract

The bagasse of Agave tequilana Weber is one of the most abundant agroindustrial wastes in the state of Jalisco. However, at the present time, there is no technical use for this waste, and its high availability makes it an environmental problem. 1e objective of this research was to take advantage of this waste and give it an added value to be used in the elaboration of advanced materials. In this sense, the agave bagasse cellulose was obtained using an organosolv method. To obtain the nanofibrils, the cellulose was passed through 6 cycles of a microfluidizer. 1e material was classified by FTIR, confirming the presence of the functional groups (O-H, C-H, C-C, and C-OC), characteristics of cellulose, and the elimination of hemicellulose and lignin present in agave bagasse without treatment. 1e X-ray diffraction technique allowed the determination of the degree of crystallinity of the cellulose nanofibers, which was 68.5%, with a negative zeta potential of −42 mV. 1e images from the atomic force microscopy helped for the observation of the degree of fibrillation in the cellulose, and with the software ImageJ, the average diameter of the nanofibers was determined to be 75 ± 5 nm with a relatively uniform length of 1.0–1.2 μm. Finally, by means of thermogravimetric analysis, it was found that the obtained cellulose nanofibers (CNFs) supported high temperatures of thermal decomposition, so it was concluded that due to the diameter of the fibrils, the high resistance to pressure, and elasticity, the nanofibrils obtained in this investigation can be used in the elaboration of advanced materials.

El bagazo de Agave tequilana Weber es uno de los residuos agroindustriales más abundantes en el estado de Jalisco. Sin embargo, en la actualidad, no existe un aprovechamiento técnico de estos residuos, y su alta disponibilidad los convierte en un problema ambiental. El objetivo de esta investigación fue aprovechar este desecho y darle un valor agregado para ser utilizado en la elaboración de materiales avanzados. En este sentido, la celulosa del bagazo de agave se obtuvo mediante un método organosolv. Para obtener las nanofibrillas, la celulosa se pasó por 6 ciclos de un microfluidizador. El material 1e fue clasificado por FTIR, confirmando la presencia de los grupos funcionales (O-H, C-H, C-C y C-OC), características de la celulosa, y la eliminación de hemicelulosa y lignina presentes en el bagazo de agave sin tratamiento. La técnica de difracción de rayos X 1e permitió determinar el grado de cristalinidad de las nanofibras de celulosa, que fue del 68,5%, con un potencial zeta negativo de −42 mV. Las imágenes 1e del microscopio de fuerza atómica ayudaron a observar el grado de fibrilación en la celulosa y, con el software ImageJ, se determinó que el diámetro promedio de las nanofibras era de 75 ± 5 nm con una longitud relativamente uniforme de 1,0 a 1,2 μm. . Finalmente, mediante análisis termogravimétrico se encontró que las nanofibras de celulosa (CNFs) obtenidas soportaban altas temperaturas de descomposición térmica, por lo que se concluyó que debido al diámetro de las fibrillas, la alta resistencia a la presión y la elasticidad, las nanofibrillas obtenidos en esta investigación pueden ser utilizados en la elaboración de materiales avanzados.