بخشی از مقاله
چکیده
زیست توده لیگنوسلولز با توجه به خواصی همچون دانسیته پایین، عایق حرارتی، خواص مکانیکی خوب، کاهش سایش، دردسترس بودن نا محدود، زیست تجدیدپذیر بودن، قیمت پایین و زیست سازگاری مورد استفاده قرار می-گیرد. همچنین الیاف لیگنوسلولز مزایای اقتصادی و زیستمحیطی بیشتری نسبت به الیاف ساخته شده دست انسان، تقویت کنندههای معدنی، سنتی و پرکنندهها دارند و مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفتهاند.
مواد لیگنوسلولزی شامل چوب، ضایعات چوبی - خاک اره، ضایعات شرکتهای نئوپان و امدیاف و ... - ضایعات کشاورزی - کلش برنج، گندم، کلزا، سویا و ... - و سایر منابع گیاهی است که زیست بسپارهای اصلی تشکیل دهنده آن شامل: سلولز، همیسلولز و لیگنین میباشد. نانوفیبر لیگنوسلولز حاصل تبدیل بالا به پایین مواد لیگنوسلولزی و تبدیل آن به مقیاس نانو می-باشد که از لحاظ ظاهری ژل قهوهای رنگ بوده و دارای ارزش افزوده بالایی میباشد. هدف از این مروری معرفی نانو مادهای خاص با خواص زیست محیطی و زیست سازگاری بالا میباشد.
مقدمه
نانومواد به عنوان یکی از مهمترین محصولات نانوفناوری در کاربردهای وسیعی در مقیاس آزمایشگاهی، نیمهصنعتی و صنعتی به کار گرفته شدهاند و پیشبینی میشود تا سال 2020 نانو مواد همچون سایر موادی که روزمره با آنها سر و کار داریم به طور موثری وارد چرخه زندگی جوامع بشری شوند. دستهای از نانومواد معروف به نانومواد زیستی، منشا زیستی دارند یعنی توسط گیاهان و موجودات زنده موجود در طبیعت ساخته میشوند لذا زیستسازگار، زیست تخریب پذیر و تجدیدپذیرند.
[1] مواد نانو به خاطر ابعاد در مقیاس نانومتری به طور قابل توجهی ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی الیاف در مقیاس معمول را بهبود میبخشند. نانو الیاف به عنوان الیافی که قطر آنها در محدوده 1-100 نانومتر و نسبت طول به قطر بزرگتر از 50 است، شناخته میشوند.[2] در این مروری تمرکز ما بر روی گیاه است که یک منبع لیگنوسلولزی بوده و از سلولز، همیسلولز و لیگنین تشکیل شده است. الیاف لیگنوسلولزی از لحاظ پایداری، تجدید شوندگی و کم هزینه بودن در مقایسه با الیاف ساخته شده دست انسان دارای ارزش بیشتری میباشند.
باقیماندههای کشاورزی مانند کاه گندم، کاه برنج، باگاس و ساقه ذرت نمونههایی از منابع لیگنوسلولزی هستند، چوب نیز یک ماده لیگنوسلولزی است اما دارای سلولز بالاتری میباشد. الیاف لیگنوسلولزی به عنوان جایگزینی برای الیاف مصنوعی معمولی مانند الیاف آرامید و شیشه میباشد. این الیاف با توجه به خواصی همچون دانسیته پایین، عایق حرارتی، خواص مکانیکی خوب، کاهش سایش، دردسترس بودن نامحدود، قیمت پایین و دفع بدون مشکل مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین الیاف لیگنوسلولز مزایای اقتصادی و زیستمحیطی بیشتری نسبت به تقویت کنندههای معدنی سنتی و پرکنندهها دارند.[3]
لیگنوسلولز
بسیاری زیست توده لیگنوسلولزی را کم ارزش نامیدهاند ولی زیست بسپارهای اصلی تشکیل دهنده آن شامل: سلولز، همیسلولز و لیگنین میباشد که سلولز فراوانترین پلیمر تجدیدپذیر و دردسترس میباشد.[4] و لیگنین نیز یکی از اجزای اصلی مواد لیگنوسلولزی میباشد که از آن میتوان برای تولید کامپوزیتها استفاده کرد[5] - شکل . - 1
ژل نانوفیبر لیگنوسلولز
ژل نانوفیبر لیگنوسلولز - Lignocellulose nanofibers Gel - متشکل از فیبرهای سلولزی - ماده اصلی سازنده دیواره سلولی گیاه - ، لیگنین و همیسلولز در مقیاس نانو میباشد. این ماده به صورت ژل قهوهای رنگ بوده و به روش مکانیکی تهیه میشود. در واقع نانوفیبر لیگنوسلولز همان مواد لیگنوسلولزی در مقیاس نانو میباشد .[6] مشخصات فنی نانوفیبر لیگنوسلولز در جدول 1 آورده شده است. نانولیگنوسلولز مادهای جدید بوده که هنوز تحقیقات زیادی روی آن انجام نشده است.
در حال حاظر شرکت نانو نوین پلیمر در ایران و مستقر در پارک علم و فناوری مازندران ژل نانوفیبر لیگنوسلولز را تولید میکند. خواص نانوفیبر لیگنوسلولز مشابه خواص مواد تشکیل دهنده آن میباشد با این تفاوت که این مواد در مقیاس نانو قرار گرفتهاند و خواص مواد در مقیاس نانو نسبت به همان ماده در مقیاس ماکرو بهبود میابد. با توجه به اینکه نانوفیبر لیگنوسلولز همان مواد لیگنوسلولز در مقیاس نانو میباشد لذا به زیست بسپارهای تشکیل دهنده آن شامل سلولز، همیسلولز و لیگنین پرداخته میشود.
-1 سلولز سلولز جزء اصلی جدار سلول و تنها ماده آلی فراوان در طبیعت است . سلولز یکی از ترکیبات طبیعی نادری است که اسکلت شیمیایی آن در همه گیاهان یکی بوده و پلیمر خطی از واحدهای گلوکز میباشد که در بین سایر اجزاء جدار سلول سادهترین فرم را داراست - شکل . - 3 سلولز در حدود 50 - 54 درصد وزن خشک سلولی را تشکیل می دهد و بیوپلیمری زیست تخریب پذیر، زیست تجدیدپذیر و فراوانترین بیوپلیمر موجود بر روی زمین است.
سلولز توسط گیاهان، درختان، باکتریها و از طریق پلیمریزاسیون گلوکز، که محصول فرایند فتوسنتز در گیاهان و درختان است، تولید میشود .[8] الیاف سلولزی موادی ارزان و طبیعی هستند و از واحدهای نانومقیاس از جمله: کریستال، فیبر ابتدایی و نانوفیبرها تشکیل شده است9] و .[10 الیاف سلولزی حاوی نانوساختارها خواص امیدوار کنندهای از جمله خواص تقویت کنندگی بالا، محافظ کیفیت و خواص بالقوه دیگر میباشد.[9] از آنجایی که این الیاف طبیعی، تجدیدپذیر و زیست تخریبپذیر هستند به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست به جای الیاف مصنوعی در دو دهه گذشته شده است. .[11]
