El carácter adictivo del tabaco se debe fundamentalmente a la nicotina, mientras que su toxicidad se debe a una serie de sustancias tales como el monóxido de carbono, 1,3-butadieno, hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH) y las nitrosaminas específicas del tabaco (TSNAs), entre otros. La reducción de la toxicidad del humo del tabaco a través de la reducción de la emisión de los productos más problemáticos o la modificación de su composición en conjunto resultan alternativas muy interesantes, mientras se consigue la eliminación de este hábito. Se han localizado trabajos en la literatura encaminados a este fin. Con este objetivo, nuestro grupo de investigación lleva más de quince años estudiando el efecto que ciertos materiales micro y mesoporosos mezclados con el tabaco producen sobre la composición del humo obtenido en el proceso de fumado. En este sentido, en los últimos años se ha puesto de manifiesto la eficacia que presentan algunos silicatos mesoporosos, tales como SBA-15 y MCM-41 en la reducción de los alquitranes y la mayoría de los compuestos presentes en el humo del tabaco. Es por ello que se ha considerado que conocer el comportamiento de determinados compuestos específicos presentes en el humo de tabaco, como son la nicotina y dos nitrosaminas específicas del tabaco (NNK y NNN), los productos que se generan en su pirólisis y combustión, así como el efecto de los materiales mesoporosos mencionados en los procesos que tienen lugar durante el fumado del tabaco, sería de gran interés, y permitiría ayudar a diseñar productos de toxicidad reducida y menor carácter adictivo. A este respecto se han localizado muy escasos artículos en la bibliografía. Por todo ello, en el presente trabajo se aborda esta problemática y se plantea el estudio de la pirólisis de las dos nitrosaminas específicas del tabaco más cancerígenas, como son la 4-(N-metilnitrosoamino)-1-(3-piridinil)-butanona (NNK) y la N-nitrosonornicotina (NNN) mediante dos técnicas, TGA/FTIR y EGA/PY-GC/MS que son capaces de realizar experimentos a las velocidades de calefacción tan dispares que se dan en el proceso de fumado y tanto atmósfera inerte como atmósfera oxidante. También se estudia el comportamiento de la nicotina en EGA/PY-GC/MS, con objeto de completar el ya realizado por nuestro grupo de investigación la técnica de TGA/FTIR. Se estudia el efecto que producen tres silicatos mesoporosos (dos SBA-15 y un MCM-41) que presentan propiedades texturales y morfológicas diferentes, en la pirólisis catalítica de los tres compuestos anteriormente mencionados. Además, se analiza el efecto de la temperatura y la atmósfera (inerte y oxidante), en la degradación de la nicotina y las dos nitrosaminas mencionadas, y en la composición de los gases generados tras su descomposición. Se ha comprobado que en atmósfera oxidante los procesos de descomposición suceden a temperaturas más bajas, siendo especialmente notable este efecto en el caso de la nicotina. Así mismo, la presencia de los tres catalizadores favorece los procesos de descomposición de estos compuestos en ambas atmósferas, modifican la distribución de productos y favorecen la formación de residuo carbonoso. Los principales productos de descomposición de la nicotina en atmósfera inerte son la 3-etil-piridina, la miosmina y, especialmente la 3-vinilpiridina, que aumentan su contribución al aumentar la temperatura. Algunos compuestos como la miosmina presentan un máximo en su evolución, lo que indica que experimentan procesos de craqueo. En atmósfera oxidante se produce un cambio muy significativo en la distribución de productos, además de la mayor reactividad ya mencionada. Los productos mayoritarios pasan a ser la 3-cianopiridina, la nicotirina, la miosmina, el dióxido de carbono y el agua. La 3-cianopiridina y la 3-hidroxipiridina, muestran una tendencia creciente con la temperatura, mientras que el resto de los compuestos presentan evidencias de reacciones secundarias, poniendo de manifiesto que la presencia de oxígeno en el medio favorece las reacciones de descomposición de la nicotina y de muchos de los productos generados. La nicotina genera cianuro de hidrógeno en ambas atmósferas. Los tres catalizadores estudiados aceleran el proceso de descomposición de la nicotina y conducen a una mayor formación de residuo carbonoso, siendo el MCM-41 el material que ocasiona un mayor efecto, probablemente debido a su mayor superficie específica y buena accesibilidad de su porosidad debida a su morfología (aunque presente un menor tamaño de poro que los otros catalizadores). En atmósfera inerte la presencia de SBA-15f (SBA-15 fibras), apenas modifica el comportamiento de la nicotina, mientras que tanto MCM-41 como SBA-15p (SBA-15 platelet) se reduce la formación de algunos compuestos como la 3-vinilpiridina, incrementándose la formación de otros como quinolina e isoquinolina. En atmósfera oxidante los cambios son más significativos, ya que todos los catalizadores favorecen las reacciones de oxidación y descarboxilación, incrementando la generación de dióxido de carbono y disminuyendo la formación de agua, especialmente MCM-41 y SBA15p. MCM-41 reduce notablemente la formación de 3-cianopiridina y de nicotirina al aumentar la temperatura, a diferencia de lo observado en la nicotina, tanto sola como en presencia de los dos SBA-15. Ambas nitrosaminas han presentado unos resultados en la línea de los comentados para la nicotina. Se ha observado que la degradación completa de ambos compuestos sucede a temperaturas ligeramente inferiores para atmósfera oxidante, y presenta variaciones en la composición de los gases generados. Se ha podido comprobar cómo, de los tres materiales estudiados, el MCM-41 es el que provoca mayor modificación de la degradación térmica de ambas nitrosaminas, favoreciendo la generación de residuo en atmósfera inerte. En cuanto a la composición de los productos generados tras la pirólisis de NNK, ambos SBA-15 han mostrado una modificación clara de la distribución de los mismos. También se ha podido observar como en el caso de la NNN, algunos de sus productos de descomposición reducen su contribución a máxima temperatura, observándose tendencias decrecientes y algún máximo en función de la temperatura. Por otro lado, los resultados de termogravimetría para ambas nitrosaminas se han ajustado a un sencillo modelo cinético que permite estimar las áreas de cada uno de los procesos de pérdida de peso observados, pudiéndose realizar de esta forma un análisis más claro del efecto de los catalizadores utilizados basado en las distintas fracciones asociadas a cada uno de los procesos. El caso de la NNK presenta tres procesos de pérdida de peso a 194, 299 y 368 ºC en atmósfera inerte y tres procesos a 208, 299 y 648 ºC en atmósfera oxidante, siendo el principal el que tiene lugar a 299 ºC con un 81.8 y 66.4 % de contribución relativa para atmósfera inerte y oxidante, respectivamente. La NNN ha mostrado dos procesos de pérdida de peso, a 190 y 218 ºC en atmósfera inerte y a 180 y 207 ºC en oxidante. Los tres materiales mesoporosos estudiados han mostrado, para ambas nitrosaminas, modificaciones en la temperatura e intensidad de los procesos observados. Este efecto se hace más notable en aire donde se observa un nuevo proceso térmico a altas temperaturas, siendo especialmente notable este efecto con MCM-41. El experimento con este material para la NNK ha presentado cuatro procesos de pérdida de peso a 197, 232, 281, 414 ºC para atmósfera inerte y oxidante, variando la contribución relativa entre ellos. En el caso de la NNN, el experimento con MCM-41 ha mostrado tres procesos a 190, 218 y 260 ºC para atmósfera inerte y a 180, 207 y a 610 ºC en atmósfera oxidante. Para ambas nitrosaminas en atmósfera oxidante, los gases analizados para los tres materiales han mostrado un aumento considerable (principalmente por el MCM-41) de las bandas de CO2 y CO a temperaturas elevadas, respecto al experimento sin catalizador. Este aumento se ha debido a la degradación oxidativa del residuo carbonoso generado.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:ua.es/oai:rua.ua.es:10045/113921 |
| Date | 04 December 2020 |
| Creators | Asensio, Javier |
| Contributors | Marcilla, Antonio, Beltrán, Maribel, Universidad de Alicante. Departamento de Ingeniería Química |
| Publisher | Universidad de Alicante |
| Source Sets | Universidad de Alicante |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Rights | Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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