Estudio de la pirólisis de piel curtida. Caracterización y reciclado

Résumé

La pirólisis es una técnica de descomposición térmica que puede ser utilizada para la valorización de diversos tipos de residuos orgánicos, principalmente biomasa, pero entre los que se encuentran también los residuos de piel curtida procedente de la industria del calzado y del curtido, tal y como han demostrado anteriormente diversos trabajos de investigación. Sin embargo, la pirólisis no solo debe ser considerada como una técnica de valorización de residuos sino que también puede utilizarse para la caracterización y el estudio de diferentes materiales en el ámbito de la ciencia forense o alimentación, entre otros. Las conclusiones alcanzadas por el grupo de investigación en trabajos previos ponían de manifiesto la viabilidad de la pirolisis como posible técnica de valorización de los residuos de la piel curtida, pero además abría las puertas a una posible utilización de la pirólisis como técnica de análisis de estos materiales, sin embargo se hacía necesario un estudio en mayor profundidad del material, puesto que la bibliografía sobre la pirólisis de piel es muy escasa. Este hecho motivó que se decidiera abordar el presente trabajo con el objetivo de estudiar y caracterizar en profundidad la piel curtida mediante el uso de diferentes técnicas analíticas de descomposición térmica como la termogravimetría y la pirólisis flash en pyroprobe. El proceso de descomposición de la piel es un proceso complejo con numerosas etapas de descomposición. Tal y como se detalla en el modelo cinético propuesto para la descomposición de la piel curtida en la descomposición térmica de la piel curtida se pueden diferenciar hasta cuatro etapas de descomposición. Los estudios realizados para desarrollar el modelo cinético se llevaron a cabo en termobalanza, sobre una piel bovina curtida al cromo y contemplando además un posible tratamiento previo de impregnación de las pieles con una disolución de hidróxido sódico. Los resultados obtenidos dieron lugar al desarrollo de un modelo formado por tres reacciones en serie y una en paralelo. En este trabajo también se realiza el estudio de los distintos parámetros evaluados en el modelo tras el tratamiento de impregnación con NaOH, incluyendo la concentración de la disolución y el tiempo de impregnación como factores del modelo. Una vez demostrado el efecto del tratamiento básico en la cinética del proceso de descomposición térmica de la piel, se decidió estudiar, en contraposición, el efecto de un tratamiento ácido en este tipo de residuos, analizando la influencia del tratamiento ácido en el proceso de descomposición llevado a cabo en termobalanza, así como en la distribución de compuestos que dan lugar a la fracción líquida obtenida mediante pirólisis flash a 500 ºC en pyroprobe. De forma similar a lo que se observa con el tratamiento básico, la incorporación de los cloruros metálicos a la piel curtida produce un ligero efecto catalítico puesto que da lugar a que el proceso de máxima descomposición de la piel se adelante y empiece a una menor temperatura. Sin embargo, en el caso del tratamiento ácido la disminución que se produce es mucho más ligera que con el tratamiento básico. En relación con la composición de la fracción líquida obtenida por pirólisis flash, el tratamiento con cloruros produce una disminución en los ácidos orgánicos generados y un aumento en el porcentaje de compuestos aromáticos. El estudio estadístico de resultados mediante técnicas multivariantes pone de manifiesto que el tratamiento con los cloruros influye en mayor medida en las curticiones orgánicas y en menor medida en las inorgánicas, pero manteniendo las características propias de la curtición. Una vez analizada la influencia de la incorporación de distintos productos químicos en la piel curtida para modificar su comportamiento térmico, se decidió analizar los perfiles de descomposición térmica y la composición de la fracción líquida obtenida por pirólisis flash de pieles de distintas especie animales y analizarlas en diferentes etapas del proceso de curtición. Para ello se seleccionaron un conjunto de cinco muestras de piel en bruto (caprina, ovina, equina, bovina y porcina), tres curticiones (cromo, glutaraldehído y vegetal) y tres etapas del proceso de curtición (piquelado, curtición y piel en crust). Todas las muestras fueron sometidas a análisis termogravimétrico y pirólisis flash en pyroprobe. Los resultados indican que mediante ambas técnicas de análisis es posible discriminar algunas de las muestras estudiadas lo que de algún modo las convierte en técnicas potenciales para la identificación de distintos tipos de piel. Estas diferentes características térmicas de las muestras analizadas se confirman posteriormente en el estudio estadístico de los resultados realizado en el que se ha utilizando técnicas multivariantes que permiten agrupar las muestras por su grado de semejanza Finalmente, se ha comprobado la viabilidad de la pirólisis analítica como técnica de caracterización de materiales para calzado para identificar la presencia de dichos materiales en productos industriales fabricados a partir de molienda de residuo de calzado.