بسم لله الرحمن الرحیم
انواع نانوذرات سلولزی و روش های تولید آن
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش های
جداسازی
و/یا
استخراج
نانوذرات
سلولزی
روش شیمیایی
– نانوویسکر، ویسکر، نانوکریستال سلولز(CNN)، سلولز
نانوکریستالین (NCC)، مونوکریستال
میکروکریستال، میکروکریستالیت
روش مکانیکی یا شیمیایی- مکانیکی
– میکروفیبریل، سلولز میکروفیبریله شده (MFC)، سلولز
نانوفیبریله شده (NFC)
نام گذاری و تعاریف
روش میکروبی
– سلولز باکتریایی (BC)
روش الکتروریسی
– سلولز الکتروریسی شده (NFS)
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج شیمیایی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج شیمیایی
ویژگی های نانوکریستال سلولز
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج شیمیایی
آماده سازی شیمیایی
(استخراج سلولز)
– لیگنین زدایی (فرایند های شیمیایی خمیرکاغذسازی
– رنگبری (توالی های رنگبری و لیگنین زدا
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج شیمیایی
تصاویر TEM نانوکریستال سلولز حاصل از الیاف مختلف سلولزی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی
– روش های ساده: تیمار مکانیکی
– روش های ترکیبی: پیش تیمار آنزیمی یا شیمیایی + تیمار مکانیکی
تیمار مکانیکی
دفیبریلاسیون از طریق افت فشار سریع و ایجاد نیروهای برشی و ضربه شدید
هموژنایزر
میکروفلویدایزر
جداسازی الیاف سلولزی در جهت محور طولی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی
هموژنیزه کردن (Homogenization)
در حدود 4000 کیلوژول انرژی / کیلوگرمNFC
میکروفلویدکردن (Microfluidization)
در حدود 200 تا 600 کیلوژول انرژی / کیلوگرمNFC
میکروآسیاب کردن (Microgrinding)
در حدود 600 کیلوژول انرژی / کیلوگرمNFC
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی
مشکلات تکنیکی واقتصادی صنعتی شدن فرایند؟
مصرف انرژی زیاد
+
گرفتگی الیاف در تجهیزات
راه حل های
ارائه شده ؟
پیش تیمار
شیمیایی / آنزیمی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی
پیش تیمار آنزیمی
پیش تیمار شیمیایی
الیاف سلولزی (خمیر چوب کاملا رنگبری شده)
تیمار مکانیکی
(کاهش بیش از 80% درصد انرژی)
پیش تیمار شیمیایی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی
– تیمار قلیایی ملایم: خروج بخشی از لیگنین باحفظ صدمه به سلولز
-TEMPO-mediated oxidation (2,2,6,6-tetramethylpiperidine- 1-oxyl)
ایجاد گروه های کربوکسیل روی سطح سلولز و افزایش شارژ منفی و بنابراین نیروی دافعه روی سطح نانوفیبرها و تسهیل در فیبریله شدن
پیش تیمار شیمیایی
دسته آنزیم های سلولاز:
سلولاز A و B که به بخش های کاملا منظم کریستالین حمله می کنند و تحت عنوان سلوبیوهیدرولاز نامیده می شوند
سلولاز های C و D که به بخش های نامنظم تر می توانند حمله کنند تحت عنوان اندوگلوکانازها نامیده می شوند
تصویر TEM از ژل سلولز میکروفیبریله شده نشاندهنده نانوفیبرهای سلوازی و دستجات آن
تولید سلولز خالص به شکل زنجیره های سلولزی تک به تک توسط باکتری تولیدکننده سلولز (Acetobacter xylinum ) در محیط کشت مناسب و با دادن زمان به فرآیند کشت
انباشتگی یک غشاء ژلاتینی سلولزی مناسب
سنتز سلولز در سوسپانسیون ، به شکل قرص یا جرم های نامعین
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش میکروبی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش میکروبی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش میکروبی
ساختار نانو سلولز باکتریایی
از نظر شیمیایی شبیه سلولز گیاهی اما با ساختار و خواص ماکرو مولکولی متفاوت
زنجیره های سلولزی بصورت فیبریل های بسیار ریز بوده که پهنای آنها در حدود 1.5 نانو متر
فیبریل های بسیار ریز سلولز باکتریایی در داخل میکروفیبریل ها بصورت کریستالی و میله ای است وضخامت و عرض آن بر ر4-3 * 80-70 نانو متر
مرفولوژی ماکروسکوپی سلولز باکتریایی به شدت وابسته به شرایط کشت دارد
شرایط کشت استاتیک : نوارهای سلولزی عموماً به صورت تک محوری و آرایش یافتگی منظم
شرایط کشت دینامیک : نوارهای سلولزی از یک ساختار بی نظم به شکل منحنی های غیرخطی و همپوشانی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش میکروبی
نانوذرات سلولزی (نانوفیبرسلولزی)
روش میکروبی
تشکیل نانوالیاف پلیمری از جت یک سیال در یک میدان الکتریکی را فرآیند الکترواسپینینگ ( ES) می نامند.
الکترواسپینینگ:
تولید نانو سلولز الکترو اسپینینگ به روش ریسندگی تر
تولید نانو فیبرسلولزی الکترواسپون
– حل کردن سلولز در حلال مناسب
– هموژنسازی محلول سلولز در داخل سرنگ و میکروپومپ
– پاشیدن محلول از یک جت با قطر در حد میلی متر (در اثر ولتاژ بالای اعمال شده، محلول حاوی بار سطحی می گردد.)
– عبورسیال باردار از میدان الکتریکی
– تولید الیاف پیوسته با قطر از حدود چند میکرون تا یکصد نانومتر
پایان