تهیه نانوکریستال سلولز از آلفا سلولز و بهینه سازی شرایط ساخت آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره دکتری، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران

2 استادیار، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استاد، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

نانوکریستال سلولز (CNC) گروه جدیدی از مواد سلولزی است که طی دو دهه اخیر در حوزه‌های تحقیقاتی گوناگون کاربردهای وسیعی یافته است. این نانو ذرات اغلب از طریق هیدرولیز اسیدی ترکیبات سلولزی از قبیل چوب، پنبه، نشاسته و ... تهیه می‌شوند. هدف اصلی این تحقیق، یافتن شرایط بهینه برای ساخت سوسپانسیونی کلوئیدی پایدار در آب از نانوکریستال سلولز حاصل از آلفا سلولز طی روشی با بازدهی بالا می باشد. بنابراین شرایط متفاوتی از دما و زمان واکنش برای هیدرولیز اسیدی انتخاب شد. درصد بازده برای تمام سوسپانسیون‌های حاصل محاسبه گردید. ریخت شناسی نانوکریستال سلولز تهیه شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی (ESEM) مورد بررسی قرار گرفت و کریستالیته با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که بیشترین بازده نانوکریستال سلولز (88 درصد) در زمان 60 دقیقه و دمای 60 درجه سانتی گراد به دست آمد. به طور کلی، کریستال‌های میله‌ای شکل به دست آمده با ابعاد 50-35 نانومتر و کریستالیته بالا (92 درصد) از آلفا سلولز می‌تواند آن را به منبعی مناسب و رقابتی برای تولید نانوکریستال سلولز مورد نیاز صنایع مختلف مبدل سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Avisha Chowdhury, Avijit Bhowal, and Siddhartha Datta, Equilibrium, Thermodynamic and Kinetic Studies for Removal of Copper (II) from Aqueous Solution by Onion and Garlic Skin, WATER 4, 37-51, October 21 2012

-Azizi Samir, M. A., Alloin, F., Dufresne, A., 2005, Review of recent research into cellulosic whiskers, their properties and their application in nanocomposite field, Biomacromolecules, 6(2):612-26.

-Beck-Candanedo S, Roman M, Gray DG (2005) Effect of reaction conditions on the properties and behavior of wood cellulose nanocrystal suspensions. Biomacromolecules 6(2): 1048-1054.

-Chen, G., Dufresne, A., Huang, J., Chang, P. R., 2009. A novel thermoformable bionanocomposite based on cellulose nanocrystal-graft-poly (ε-caprolactone), Macromolecular Materials and Engineering, 294(1): 59-67

-Cranston E. D., and Gray, D. G. (2006) Morphological and optical characterization of polyelectrolyte multilayers incorporating nanocrystalline cellulose. Biomacromolecules 7(9): 2522-2530.

-de Mesquita, J. P., Donnici, C. L. & Pereira, F. V. (2010). Biobased nanocomposites from layer-by-layer assembly of cellulose nanowhiskers with chitosan, Biomacromolecules, Vol. 11, pp. 473-480.

-Dong X, Revol J, Gray D (1998) Cellulose 5:19

-Fan, J.S. and Y.H. Li, 2012. Maximizing the yield of nanocrystalline cellulose from cotton pulp fiber. Carbohyd. Polym., 88(4): 1184-1188.

-Fernando Navarro 2010, Cellulose Nanocrystals: Size Characterization and Controlled Deposition by Inkjet Printing. Dissertation submitted to the faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy In Macromolecular Science and Engineering.

-George, J., Sabapathi, S.N., 2015, Cellulose nanocrystals: synthesis, functional properties, and applications, Nanotechnology, Science and Applications 2015(8): 45-54

-Habibi, Y., Lucia L. A., Rojas OJ (2010) Cellulose nanocrystals: Chemistry, self-assembly, and applications. Chem Rev 110(6): 3479-3500.

-Hasan Sadeghifar • Ilari Filpponen • Sarah P. Clarke • Dermot F. Brougham • Dimitris S. Argyropoulos, 2011, Production of cellulose nanocrystals using hydrobromic acid and click reactions on their surface) J Mater Sci,DOI 10.1007/s10853-011-5696-0

-Huang Biao, Tang Li-rong, Dai Da-song, Ou Wen, Li Tao and Chen Xue-rong (2011). Preparation of Nanocellulose with Cation–Exchange Resin Catalysed Hydrolysis, Biomaterials Science and Engineering, Prof. Rosario Pignatello (Ed.), ISBN: 978-953-307-609-6, InTech

-Klemm, D., B. Heublein, H.P. Fink and A. Bohn, 2005. Cellulose: Fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angew. Chem. Int. Edit., 44(22): 3358-3393

-Md. Ziaul Karim, Zaira Zaman Chowdhury, Sharifah Bee Abd Hamid * and Md. Eaqub Ali Statistical Optimization for Acid Hydrolysis of Microcrystalline Cellulose and Its Physiochemical Characterization by Using Metal Ion Catalyst Materials 2014, 7, 6982-6999; doi:10.3390/ma7106982

-Moon, R.J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., Youngblood, J., (2011) Cellulose nanomaterials review: Structure, properties and nanocomposites. Chem Soc Rev 40(7): 3941 -3994.

-Perez, S. and Samain, D. (2010) Structure and engineering of celluloses. Advances Carbohydrate Chemistry Biochemistry, 64, 25-116 References

-Sang Youn Oh,a Dong Il Yoo,a,* Younsook Shinb and Gon Seoc.FTIR analysis of cellulose treated with sodium hydroxide and carbon dioxide 2005 Carbohydrate Research 340 (2005) 417–428

-Wada, M., Heux, L., & Sugiyama, J. (2004). Polymorphism of cellulose I family: reinvestigation of cellulose IVI. Biomacromolecules, 5 (4), 1385-1391.

-Xiao Liu, Haizhou Dong and Hanxue Hou, 2015. Optimization of Preparation of Cellulose Nanocrystals from Peanut Shells Using Response Surface Methodology, Advance Journal of Food Science and Technology 7(6): 466-473

-Yiying Yue A Thesis Submitted to the Graduate Faculty of the Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College in Partial Fulfillment of the Requirements for the degree of Master of Science in The School of Renewable Natural Resources B.S., Heilongjiang Institute of Science and Technology, 2007 August 2011 A COMPARATIVE STUDY OF CELLULOSE I AND II FIBERS AND NANOCRYSTALS

-Zhang, Y., Lu, X-B., Gao, Ch., Lv, W-J., Yao, J-M., 2012. Preparation and characterization of nano crystalline cellulose from bamboo fibers by controlled cellulose hydrolysis, Journal of Fiber Bioengineering & Informatics 5:3 263–271

-Zhang, Y., Lu, X-B., Gao, Ch., Lv, W-J., Yao, J-M., 2012. Preparation and characterization of nano crystalline cellulose from bamboo fibers by controlled cellulose hydrolysis, Journal of Fiber Bioengineering & Informatics 5:3 263–271