تولید بهینه نانوکریستال سلولز از ساقه پنبه با استفاده از شرایط هیدرولیز اسیدی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشیار، علوم و تکنولوژی خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 استادیار، تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 استادیار، گروه فناوری تولید سلولز و کاغذ، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، استان مازندران

چکیده

در پژوهش حاضر، آماده سازی ساقه پنبه (رقم ساحل) به عنوان یکی از ضایعات کشاورزی متداول با هدف تهیه نانوکریستال سلولز در سه مرحله ی تهیه خمیر سودا-آنتراکینون، لیگنین زدایی و تیمار قلیایی انجام شد. به منظوره دست یابی به شرایط بهینه تولید نانوکریستال سلولز، هیدرولیز اسیدی آلفاسلولز تهیه شده با استفاده از اسید سولفوریک 64 درصد و با دو پارامتر متغیر زمان 25، 35 و 45 دقیقه و دما 35، 45 و 55 درجه سانتی گراد انجام شد. جهت شناسایی ویژگی های کمی و کیفی نانوکریستال های سلولز از میکروسکوپ نیروی اتمی، آنالیز پراش پرتو ایکس و آنالیز پراکندگی نور دینامیکی استفاده شد. نتایج حاصل بر اساس تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که، شرایط شدیدتر تیمار موجب کاهش ضخامت نانوکریستال های سلولز شد. همچنین نتایج پراش پرتو ایکس حاکی از آن بود که مراحل آماده سازی آلفاسلولز و همچنین تیمارهای هیدرولیز اسیدی در افزایش درجه کریستالیته تأثیر به سزایی داشته است. بر اساس نتایج پراکندگی نور دینامیکی، 98/7 درصد کریستال های تولید شده در تیمار با دمای 55 درجه سانتی‌گراد و زمان 45 دقیقه در محدوده قطری 95-18 نانومتر بودند که بیشترین فراوانی آن ها 39-18 نانومتر بوده است. لذا شرایط تیمار مذکور به عنوان بهترین شرایط تولید نانوکریستال سلولز از ساقه پنبه تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Bondeson, D., Mathew, A. and Oksman, K., 2006. Optimization of the isolation of nanocrystals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis. cellulose. 13:171–180.

-Beck-Candanedo, S., Roman, M. and Gray, D.G., 2005. Effect of reaction conditions on the properties and behaviour of wood cellulose nanocrystal suspensions. Biomacro molecules. 6:1048-54.

-Benavides, E.E.U., 2011. Cellulose nanocrystals properties and applications in renewable nanocomposites. A Dissertation  Presented to  The Graduate School of  Clemson University.

-Dhar, N., 2006. Novel cellulose nanoparticles for potential cosmetic and pharmaceutical applications. Presented to the University of Waterloo in fulfillment of the thesis requirement for the degree of master of applied science in chemical engineering.

-Fan, J.SH., Li, Y.H., 2012. Maximizing the yield of nanocrystalline cellulose from cotton pulp fiber. Carbohydrate Polymers.88:1184– 1188.

-Gong, G., Mathew, A.P. and Oksman, K., 2011. Strong aqueous gels of cellulose nanofibers and nano whiskers isolated from softwood flour. Tappi Journal. pp. 7-14.

-Henrique, M.A., Silvério, H.A. and Pasquini D., 2012 Extraction and characterization of cellulose nanocrystals from mango seeds in view of their use as reinforcement in nanocomposites. Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, Brazil.

-Ioelovich, M., 2012. Optimal conditions for isolation of nanocrystalline cellulose particles. Nanoscience and Nanotechnology. 2:9-13.

-Johara, N., Ahmad, I. and Dufresnec, A., 2011. Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Industrial Crops and Products. 37: 93– 99.

-Kargarzadeh, H., Ahmad, I., Abdullah, I., Dufresne, A., Zainudin, S. Y. and  Sheltami, R.M., 2012. Effects of hydrolysis conditions on the morphology, crystallinity, and thermal stability of cellulose nanocrystals extracted from kenafbast fibers. Cellulose. 19:855–866.

-Krishnamachari, P., Hashaikeh, R., Chiesa M., Gad EL Rab, k.R.M., 2011. Effects Of Acid Hydrolysis Time On Cellulose Nanocrystals Properties: Nanoindentation and thermogravimetric studies. Cellulose Chem. Technol. 46:13-18.

-Li, Y. and Ragauskas, A.J., 2010. Cellulose nano whiskers as a reinforcing filler in polyurethanes. Pp: 17-36. In Reddy, I.B. (Eds.), Advances in Diverse Industrial Applications of Nanocomposites. Nanomaterials. pp:300.

-Li, W., Wang, R. and Liu, Sh., 2011. Nanocrystalline cellulose prepared from softwood kraft pulp via ultrasonic-assisted acid hydrolysis. Bioresource. 6:4271-4281.

-Martins, M.A., Teixeira, E.M., Correˆa, A.C., Ferreira, M. and Mattoso, L.H.C., 2011. Extraction and characterization of cellulose whiskers from commercial cotton fibers. J Mater Sci. pp:7858–7864.

-Mazandaranim, M. and GHasemian, A., 2013. Investigation of fiber dimension and chemical composition of cotton stalk of sahel species. The second congress of national of agricultural costant development and healthy environment. Hamedan. September 12.

-Oksman, K., Mathew, A.P., Bondeson, D. and Kvien, I., 2006.Manufacturing process of cellulose whiskers/polylactic acid nanocomposites. Compos Sci Technol. 66:2776–2784.

-Segal, L., Creely, J., Martin, J.A. and Conrad, M., 1959. An empirical method for estimating the degree of crystallity of native cellulose using the X-ray diffractometer. Text. Res. J 29:786-794.

-Shostrom, A. 2002.Wood chemistry, translated mirshkraei, ahmad, Tehran, aeizh, pp:194.

-Siro, I., Plackett, D., 2010. Microfibrillated Cellulose And New Nanocomposite Materials: A Review, Cellulose, 17: 459–494.

-Teixeira, E.M., Bondancia, T.J., Ricardo Teodoro, K.B., Correa, A.C., Marconcini, J.M. and CaparelliMattoso, L.H., 2010. Sugarcane bagasse whiskers: Extraction and characterizations. Industrial Crops and Products. 33: 63–66.

-Thomas, S., Paul, S.A., Pothan,L.A., Deepa, B., 2011. Natural Fibres: Structure, Properties and Applications. Pp:4-37. In  Kalia, S., Kaith, B.S. and Kaur, I., (Eds.). Cellulose fibers: bio- and nano-polymer composites. Springer. pp:213.

-Wise, L.E., Daddieco, M.M.A., 1946. Chlorite holocellulose, its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses, Tappi Section 11.