تولید نانوالیاف سلولزی از الیاف کاه گندم با استفاده از پیش‌تیمار کربوکسیل‌دار کردن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشکدۀ مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس زیرآب، سوادکوه، استان مازندران

2 کارشناس ارشد صنایع خمیر و کاغذ، گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشکدۀ مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس زیرآب، سوادکوه، استان مازندران

چکیده

در این تحقیق، تولید نانوالیاف سلولزی با استفاده از پیش‌تیمار کربوکسیل­دار کردن الیاف کاه گندم به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پسماندهای لیگنوسلولزی مهم و در­ دسترس بررسی شد. در ابتدا خمیرسازی کاه­ گندم به روش سودا- آنتراکینون و رنگبری آن به روش DEPD انجام پذیرفت و اکسیداسیون الیاف سلولزی حاصل از آن به‌وسیلۀ سیستم -(NaClO/NaBr/TEMPO)  با استفاده از 2، 6 و 10 هیپوکلریت سدیم (براساس وزن خشک خمیر­کاغذ) صورت گرفت. مقدار گروه­های کربوکسیل الیاف سلولزی به‌منظور بررسی رفتار اکسیداسیونی آن به روش تیتراسیون و طیف‌نگاری فروسرخ با تبدیل فوریه (FTIR) اندازه‌گیری شد و نتایج نشان داد که با افزایش مقدار هیپوکلریت سدیم در حضور کاتالیزور TEMPO، اکسیداسیون انتخابی گروه هیدروکسیل نوع اول کربن شمارۀ 6 به گروه کربوکسیل اتفاق می­افتد. سپس الیاف اکسیدشده تحت تأثیر فشارهای برشی موجود در همگن­ساز و با چهار بار عبور از آن به نانوالیاف سلولزی تبدیل شدند. نتایج، کاهش 58 درصدی در شاخص­های گرانروی، درجۀ پلیمریزاسیون، وزن مولکولی و کاهش 10 درصدی در مقدار بلورینگی نانوالیاف اکسید و تیمار‌شده با همگن‌ساز را نشان داد. در ادامه، نانوالیاف سلولزی تهیه‌شده با (کمترین مقدار) 2 درصد مادۀ اکسیدکننده (هیپوکلریت سدیم) از طریق روش قالب­گیری سوسپانسیونی تبدیل به نانوکاغذ شده و به‌کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی ­گسیل ­میدانی قطر نانوالیاف کمتر از 30 نانومتر تعیین شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Production of Cellulose Nanofiber (CNF) from wheat straw by carboxylation pretreatment

نویسندگان [English]

  • S. R. Djafari Petroudy 1
  • J. Ranjbar 2
  • E. Rasooly Garmaroudy 1
1 Assist. Prof., Biorefinery Engineering Department, New Technologies Faculty, Shahid Beheshti University, Zirab Science and Technology Campus, Savadkoh, Mazandaran Province, I.R. Iran
2 M.Sc Graduate in Pulp and Paper Technology, Biorefinery Engineering Department, New Technologies Faculty, Shahid Beheshti University, Zirab Science and Technology Campus, Savadkoh, Mazandaran Province, I.R. Iran
چکیده [English]

The current study was carried out to show the possibilities of wheat straw as most important and available agricultural residue for production of the cellulose nanofibers by carboxylation pretreatment. Soda-AQ and ECF bleaching sequences as DEPD were respectively selected as pulping and bleaching processes. TEMPO mediated oxidation as NaClO/NaBr/TEMPO system was applied to introduce carboxyl content on the fiber surface at varying level of 2, 6 and 10 mmol (based on O.D bleached pulp) of oxidant. Two different and applicable methods such as conductometric titration (CT) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to measure the functional group of carboxyl content. The results showed that the selective oxidation of hydroxyl group at C6 to carboxyl was occurred with increasing the oxidant consumption. The oxidized cellulosic fiber then passed through the high pressure homogenizer (HPH) for four times to produce individualized cellulose nanofibers (CNF). The results showed 58% decrease in viscosity, degree of polymerization (DP) and molecular weight (MW) and 10% decrease in crystallinity of fibers after oxidation and passing through the HPH. In the following, isolated CNF at minimum (two) percent of oxidant (sodium hypochlorite) was used for production of nanopaper via dispersion casting (DC) process. The field emission scanning electron microscope (FESEM) images illustrated that the nanofibers had diameter less than 30 nm. and its nanofiber diameter was measured and it was less than 30 nm by Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oxidation
  • Wheat Straw Fiber
  • Carboxylic group
  • Cellulose Nanofiber