بخشی از مقاله
چکیده
با مصرف سالانه نزدیک به 100 میلیون تن پلاستیک، توسعه جایگزینهای تجدید پذیر و زیست پایه امری ضروری می باشد. الیاف سلولزی طبیعی تجدیدپذیر با قابلیت زیست تخریب پذیری و بدون داشتن مواد شیمیایی مضر می باشند که می توانند برای توسعه مواد با ویژگیهای ساختاری،کاربردی و نوری منحصر به فرد بکار گرفته شوند. بدون در نظر گرفتن منبع، نانو الیاف سلولزیعمدتاً از سوسپانسیون خمیر کاغذ بوسیله نیروی مکانیکی و با استفاده از روشهایی نظیر هموژنایزر، میکروفلویدایزر، سوپرآسیاب دیسکی و خردکنی تحت انجماد تولید میشوند، که همه اینها میزان مختلفی انرژی مصرف می کنند . محققان از طریق ترکیب پیش تیمارهای مختلفی نظیر پیش تیمارهای شیمیایی ،آنزیمی و مکانیکی ثابت کرده اند که می توان مصرف انرژی را به میزان چشمگیری کاهش داد. در این تحقیق به بررسی روشهای تولید نانو الیاف سلولزی و بهکارگیری پیش تیمارهای مختلف جهت کاهش مصرف انرژی تولید پرداخته شده است.
لغات کلیدی: نانو الیاف سلولزی، مصرف انرژی، زیست تخریب پذیر، پیش تیمار.
مقدمه
امروزه ، اکثر تحقیقات جهانی به جهت توسعهعموماً بر این امر متمرکز شده که چگونه نانوفناوری میتواند بازده تولید و منابع انرژی و کاربرد مواد را اصلاح کرده ، اثرات زیست محیطی صنعت را کاهش دهد، ویژگیهای سلامت را افزایش داده و محصولات دارویی بهتری تولید کند، سطح کیفی و کمی کشاورزی و تولید غذا را افزایش داده و توانایی اطلاعات تکنولوژی را توسعه دهد. پیشرفتها در علوم مهندسی نانو مقیاس به عنوان پایه ی پیشرفت اقتصاد سیستمی در نظر گرفته می شود. از نانوفناوری انتظار می رود، قیمت مواد خام را در بعضی صنایع کاهش دهد؛ و باعث اصلاح تولید در بعضی دیگر شود؛ صنعتهاییکاملاً جدید را بوجود آورد؛ و در حالیکه تقاضای بعضی از کالاها را کاهش می دهد، باعث افزایش تقاضا برای بعضی دیگر شود.
امروزه شاهدیم که صنعت بر مبنای جنگل در دنیا با چالشهای بزرگی روبرو شده است.مواد اولیه و هزینه انرژی در زمانی که با کاهش میزان تجارت کاغذ همراه هستیم، افزایش داشته است.در طرف مثبت قضیه، صنعت جنگل یک ماده اولیه تجدید پذیر به نام چوب دارد. بنابراین صنعت به دنبال محصولات ساخته شده جدید از چوب می گردد که بتواند موقعیت های تجاری جدیدی ایجاد کند. یک محصول سلولزی با کارایی تجاری و شگفت انگیز، سلولز میکروفیبریله شده 1 یا نانو سلولز2 می باشد. سلولز میکروفیبریله شده ای که از الیاف خمیرکاغذ تولید شده است، نشان داده اند که پتانسیل بالایی در انواع مختلف کاربردها مانند کاغذ، پوشش، ممانعت هوا، صنایع غذایی ،لوازم آرایشی بهداشتی، مواد دارویی و صنایع الکترونیک دارند. فرآیندی برای آماده سازی این ماده قبلا در اویل 1980 ابداع شد.
ولی مصرف زیاد انرژی مورد نیاز برای تولید آن نشان می دهد که این محصول به سختی می تواند تجاری شود. در واقع مصرف زیاد انرژی پاشنه آشیل تولید سلولز میکروفیبریله شده می باشد 1]و.[2از سوی دیگر با مصرف سالانه نزذیک به 100 میلیون تن پلاستیک،توسعه جایگزینهای تجدید پذیر و زیست پایه امری ضروری می باشد. علاوه بر نگرانیهایی که در رابطه با دفن زباله وجود دارد،مطالعات اخیر نشان داده است که مواد شیمیایی موجود در پلاستیکها بطور کلی می توانند سلامت انسان را تهدید کنند. به عنوان یک جایگزین برای پلاستیکهای نفتی،الیاف سلولزی طبیعی تجدیدپذیر با قابلیت زیست تخریب پذیری و بدون داشتن مواد شیمیایی مضر می باشند که می توانند برای توسعه مواد با ویژگیهای ساختاری،کاربردی و نوری منحصر به فرد بکار گرفته شوند 3]و.[4
سلولز و نانوکریستال سلولز
سلولز، اولین بار بوسیله Anselma Payen در دیواره های سلولی گیاهان شناسایی شد. همچنین سلولز می تواند بوسیله جلبکها، باکتریها و قارچها نیز تشکیل شود. با تولید سالانه تقریبا 7/5 × 1010 تن سلولز در جهان، این زیست توده فراوانترین منبع تجدیدپذیر بر روی کره زمین می باشد.سلولز یک هوموپلیساکارید تشکیل شده از واحدهای - -D گلوکوپیرانوزی است که با پیوندهای گلیکوزیدی - 1 4 - به یکدیگر متصل شدهاند. مولکولهای سلولز کاملا خطی هستند و تمایل شدیدی به تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی دارند. در نتیجه، دستههایی از مولکولهای سلولز با یکدیگر مجتمع شده؛ فیبریل نخستین را تشکیل میدهند.
در فیبریل نخستین نواحی بسیار منظم - بلوری - و نواحینسبتا نامنظم - آمورف - متناوباً در مجاورت یکدیگر قرار دارند. از تجمع فیبریلهای نخستین، نانوفبیریل و از تجمع نانوفیبریلها، فیبر سلولزی تشکیل میشود. نانوفیبرهای سلولزی پایهایترین جزء ساختاری گیاهان و موجودات حاوی سلولز میباشد که به دلیل مقاومت ویژه بسیار زیاد، شکل میلهای بلند با درجه تبلور نسبی بالا، سطح ویژه زیاد، ضریب لاغری زیاد، فعالیت شیمیایی سطحی زیاد، قیمت پایین ماده اولیه، تجدیدشوندگی و زیست تخریب پذیری، در طی دو دهه گذشته مورد توجه زیادی قرار گرفته است .[5]
روش و شرح موردبرای تقسیمبندی نانوسلولز چند معیار وجود دارد. برای مثال بر مبنای مرفولوژی و روش ساخت، نانوسلولز را به سه دسته تقسیم می-کنند که در ابعاد، ساختار و خواص متفاوت بوده و عبارتند از: سلولز نانو فیبریله شده - NFC3 - ، نانو کریستال سلولز - 4 - NCC یا نانوویسکر سلولز - CNW5 - و نانو الیاف سلولز باکتریایی .6 - BCN - در جدول 1 انواع نانو سلولز به همراه ویژگیهای مربوطه مشخص شده است.
