بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه لیگنینسولفونات از لیکور سیاه که پساب خروجی از کارخانه چوب و کاغذ مازندران میباشد از طریق روش رسوبدهی با عامل کلسیم هیدروکسید استخراج گردید. هدف اصلی این تحقیق ارائه یک روش جدید برای تهیه نانوذرات لیگنینسولفونات بوده است.در این روش نانوذرات لیگنینسولفونات به روش امولسیونسازی خودبهخودی در محیط روغن در آب سنتز شدند. برای انجام این کار لیگنینسولفونات در استون حل گردید و محلولی از روغن تویین 80 به حالت محلول در آب که تحت شرایط همزدن، هموژن گردیده است به عنوان سورفکتانت استفاده گردید. در ادامه لیگنینسولفونات بهصورت قطرهقطره به داخل محلول سورفکتانت اضافه شد و محلول حاصله تحت دمای 70 درجه سانتیگراد قرار گرفت که این امر موجب شکلگیری نانوذرات لیگنین گردید. بررسی گروههای شیمیایی، مورفولوژی سطح، سایز ذرات و شناسایی ساختار با استفاده از آنالیزهای FTIR، FESEM، DLS و NMR صورت پذیرفته است. آنالیز DLS سایز میانگین نانوذرات سنتز شده را 67/71 نانومتر و آنالیز FESEM سایز میانگین 22/73 نانومتر را ارائه داده است.
کلمات کلیدی: لیگنینسولفونات، نانوذرات لیگنین، امولسیون، سورفکتانت.
.1 مقدمه
بعد از سلولز، لیگنین دومین پلیمر طبیعی فراوان است که شامل گروههای ساختاری فنیل پروپان با اتصالات کربن-کربن و اتری است. ساختاری آمورف وکاملاً پیچیده دارد، بااینحال موردبررسی کامل محققان قرارگرفته است.[1] لیگنین یک ترکیب شیمیایی پیچیده و تنها پلیمر آروماتیک موجود در چوب میباشد; کهعمدتاً در ناحیه میانی لاملا متمرکزشده است. مقدار لیگنین در چوب خشک 20-35 درصد بسته به گونههای مختلف چوب میباشد.[4] در ماتریکس لیگنوسلولزی فضای بین سلولز و همی سلولز توسط لیگنین پر میشود، که با پیوند کووالانسی به همی سلولز متصل است. ماتریکس لیگنوسلولزی یک ساختار پیچیده است که در آن سلولز توسط یک تکلایهای از همیسلولز احاطه شده است و در یک ماتریکسی از همی سلولز و لیگنین جاسازیشده است. علاوه بر این لیگنین بهطور خاص یک حصار برای حمله آنزیمی ایجاد میکند. ساختار بسیار کریستالی سلولز در آب نامحلول است و همیسلولز و لیگنین یک لایه محافظ پیرامون سلول ایجاد میکنند.[10] ساختار چوب و موقعیت لیگنین در شگل 1 آورده شده است.
لیگنین موجود در لیکور سیاه حاصل از فرایند خمیرسازی سودا و کرفت، بهواسطه هیدرولیز قلیایی و گسستن پیوندهای اتر در جریان لیگنینزدایی وزن مولکولی کمتر و مقادیر بیشتری از گروههای عاملی فعال، مانند گروههای هیدروکسیل فنولی و آلیفاتیک، نسبت به مادهی اولیهی لیگنوسلولزی دارد؛ بنابراین دارای پتانسیل واکنشگری زیادی میباشد.[5] ازجمله کاربردهای لیگنین میتوان به استفاده از آن در تولید بیوکامپوزیتها و چسب، بهعنوان پراکندهساز در دیوارهای گچی، عامل امولسیونکننده، عامل فعال در سطح برای آفتکش، بازیابی روغن و گل حفاری، سورفکتانت رایج در صنعت حفاری و گل حفاری، جایگزین مناسب برای فنول در سنتز رزینهای فنول-فرمالدهید تولید رزینهای اپوکسی، مهار واکنشهای اکسیداسیونی، رهش کند مواد اشاره نمود.[14] لیگنینسولفونات یا لیگنوسولفونات یکی از مشتقات لیگنین است.
لیگنین-سولفونات، پلیمر پلیالکترولیتی آنیونی محلول در آب است که از خمیر چوب سولفیت - لیکور قهوهای - به دست میآید. در فرایند خمیرسازی، یک محلول آبی حاوی دیاکسید گوگرد و نمک اسیدسولفوریک برای شکستن پیوندهای پلیساکاریدها استفاده میشود. بسته به مقدار pH در فرایند خمیرسازی، لیگنوسولفوناتهای مختلف مثل کلسیم، سدیم، منیزیم و آمونیوم میتواند تشکیل شود. درنهایت، لیگنوسولفوناتها را میتوان به روشهای مختلفی ازجمله رسوب در الکل، دیالیز، الکترودیالیز، حذف یون، اولترافیلتراسیون و استخراج با آمینها از لیکورهای، استخراج کرد.[14] لیگنینسولفونات از فرایند خمیرسازی سولفیت در کارخانه کاغذسازی تولید میشود. چیپس چوب با استفاده از محلول کلسیم بیسولفیت در مخزن واکنش طی 6 الی 10 ساعت و دمای 130 درجه سانتیگراد پخته و هضم میشود. یون سولفیت با پلیمر لیگنین واکنش میدهد و لیگنین-سولفونات تهیه میشود.[12]
در حال حاضر در دنیا در صورت عدم دورریز لیکور، %95 لیکور بدون بازیابی، بعد از تغلیظ، به-عنوان سوخت سوزانده میشود و تنها %5 از لیکور سیاه تولیدی صنایع چوب، فرآوری و به لیگنین تبدیل میشود. بخشی از لیگنین تولیدی بهطور مستقیم مورد استفاده قرار میگیرد و بخشی دیگر به مواد مهمتر دیگری تبدیل میشود[16]استفاده از نانوذرات در پلیمرها و یا تولید نانوپلیمر میتواند راهی برای بالا بردن ارزش و کارایی پلیمر باشد. انتظار میرود با ورود به مبحث نانو، علاوه بر بهبود خواص فعلی، ویژگیهای جدیدی نیز مشاهده شود تا کارایی پلیمر افزایش یابد.[5] نانولیگنینها میتوانند خواص مکانیکی از قبیل سفتی، استحکام، چسبندگی، پایداری حرارتی و خواص بازدارندگی را بهبود بخشند. این نانومواد میتوانند در مقایسه با مواد با سایز بالاتر به دلیل سطح ویژه بالای آن، نقش بهتری ایفا کنند.[8] نانوذرات لیگنین میتوانند بهعنوان آنتیاکسیدان، جاذب نور ماورابنفش و مواد آبگریز که قابلیت تجزیهپذیری را دارند مورداستفاده قرار گیرند.
نانوذرات لیگنین همچنین میتوانند بهعنوان کو پلیمر در لاستیک و کامپوزیتهای دیگر، سورفکتانت در پیکرینگ امولسیون و بهعنوان حامل برای رساندن دارو استفاده شوند.[6]در مطالعه حاضر ابتدا لیگنین سولفونات از لیکور سیاه که ضایعات کارخانه چوب و کاغذ است استخراج میشود و سپس نانوذرات لیگنین به روش امولسیونسازی خودبهخودی تولید میگردد. با توجه به بهبود کارایی نانولیگنین نسبت به لیگنین سولفونات، تولید مواد با ارزش افزوده بیشتر از این پلیمر زیستی در مقیاس نانو از امکانپذیری بالاتری برخوردار است. جهت تولید نانولیگنین سولفونات سعی بر آن است تا روشی کم هزینه انتخاب گردد؛ لذا از روش امولسیون با استفاده از سورفکتانت مناسب استفاده شد. جهت اطمینان از تولید نانولیگنین سولفونات - ممکن است در فرایند تولید نانولیگنین مادهای دیگر تولید گردد. - از FTIR و C-NMR - NMR و - H-NMR استفاده میشود. همچنین جهت تولید نانو ذره از DLS و FESEM استفاده میشود.
-2 مواد و روش
.1-2 مواد و دستگاهها
لیکور سولفیت حاوی لیگنینسولفونات از کارخانه چوب و کاغذ مازندران - چوکام - ، بهعنوان ماده اصلی در این کار مورد استفاده قرار گرفت. کلسیم هیدروکسید - مرک آلمان - ، اسیدسولفوریک غلیظ - صنعتی - ، روغن تویین 80 مرک، استون مجتمع صنایع شیمیایی مجللی مواد مورد نیاز جهت انجام تحقیق بودند. همچنین دستگاههای اصلی مورد استفاده در این تحقیق، اسپکتروسکوپی مادونقرمز تبدیل فوریه شرکت پرکین المر1، میکروسکوپ الکترونی روبشی از نوع گسیل میدانی شرکت تسکان2، پراکندگی نور دینامیکی شرکت هوریبا-جوبین3 و طیفسنجی تشدید مغناطیسی هسته شرکت بوروکر آوانس4بودند.
.2-2 روشها
.1-2-2 جداسازی لیگنینسولفونات
برای جداسازی لیگنینسولفونات از لیکور سیاه از روش رسوبدهی با عامل کلسیم هیدروکسید استفاده شد. به 500 گرم لیکور سیاه در دمای 85 درجه سانتیگراد 65 گرم کلسیم هیدروکسید اضافه شد. سپس، لیگنینسولفونات همراه با کلسیم هیدروکسید رسوب کرد. بعد از شستوشوی رسوب با آب مقطر، در سانتریفیوژ در 3000 دور در دقیقه قرار داده شد تا رسوب حاصل شود. آب مقطر به رسوب حاصله افزوده گردید و پس از آن با کاهش pH از 13 به 4 بهوسیله اسیدسولفوریک غلیظ،
