سنتز استات سلولز وCMC از کاه نخود قند

نی نیشکر (SCS) یک ماده اولیه با پتانسیل بالا برای تولید مشتقات سلولز به دلیل ریخت شناسی و ساختار آن است. پیشنهاد این کار سنتز سلولز استات (CA) و کربوکسی متیل سلولز (CMC) از سلولز، و استفاده از CA در تهیه غشاء بود. استخراج سلولز در چهار مرحله انجام شد. در مرحله اول، SCS با H2SO4 (10 v v/v) و سپس NaOH (5 w وزنی/وزنی) درمان شد.

سنتز استات سلولز از کاه نخود قند

پس از آن، قبل از پایان فرآیند استخراج با سفید کننده شیمیایی با استفاده از H2O2 (5 v V/V)، یک فرآیند شلاتینگ انجام شد. سلولز استخراج شده در به دست آوردن سلولز استات و کربوکسی متیل سلولز مورد استفاده قرار گرفت. سلولز استات درجه جایگزینی را ارائه داد. طیف FTIR آن نشان داد که عملاً همه گروههای هیدروکسیل با گروههای استات جایگزین شدند.

غشای سنتز شده از سلولز استات متراکم و همگن بود. وجود ذرات کوچک در سطوح بالا و پایین مقاومت مکانیکی غشا را کاهش می دهد. کربوکسی متیل سلولز یک DS پایین (۰٫۴) ارائه داد که نشان می داد واکنش کربوکسی به دلیل وجود لیگنین چندان موثر نبود. این نتایج ثابت کرد که کاه نخود قند را می توان در سنتز CA و CMC استفاده کرد.

سلولز طبیعی ترین منبع پلیمری و فراوان ترین کربن تجدیدپذیر روی زمین است و به طور گسترده جایگزین سوخت فسیلی تجدیدپذیر محسوب می شود. تبدیل سلولز به استرها و اترهای سلولزی ارزش قابل توجهی در زمینه های شیمی سبز و پایدار به دست آورده و توسعه فناوری های دوستدار محیط زیست را متناسب کرده است.

سلولز استات (CA) یکی از مهمترین استرهای سلولز به دلیل منبع تجدیدپذیر، تجزیه پذیری زیستی، عدم سمیت، کم هزینه و خاصیت اشتعال پذیری بسیار ضعیف است.  به عنوان کاتالیزور واکنش در فرایند استیل شدن دو مرحله ای انجام می شود و سپس یک واکنش هیدرولیز به منظور تولید CA با درجه مطلوب جایگزینی (DS)، حدود ۲٫۴۵-۲٫۵ انجام می شود.

این محدوده DS حلالیت بالا (در چندین نوع سیستم حلال) و خواص ذوب خوب را ارائه می دهد. از جمله کاربردهای سلولز استات می توان به تولید الیاف، غشاء، رنگ، پلاستیک، فیلترهای سیگار، کت، نساجی، داروها و تجهیزات پزشکی اشاره کرد.

سنتز کربوکسی متیل سلولز از کاه نخود قند

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یکی از با ارزش ترین و مهمترین اترهای سلولز است. عمده کاربردهای صنعتی کربوکسی متیل سلولز در نساجی، غذا، حفاری نفت و مواد شیمیایی است. اخیراً، کربوکسی متیل سلولز علایق جدیدی در زمینه هایی مانند مهندسی، رنگ باتری های لیتیوم یون، جذب فلزات سنگین و تحویل دارو پیدا کرده است.

تولید صنعتی CMC معمولاً توسط واکنش قلیایی دو مرحله ای سلولز با مونوکلرواستیک اسید در محلولهای الکلی یا حلالهای آلی مانند مایعات یونی انجام می شود. در مرحله اول، سلولز در حضور هیدروکسید سدیم به قلیایی سلولز تبدیل می شود و متعاقباً واکنش قلیایی سلولز با اسید مونوکلرواستیک برای ایجاد نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز ایجاد می شود.

محدوده معمولی DS کربوکسی متیل سلولز یک پارامتر کلیدی است که کاربردهای نهایی آنها را کنترل می کند و به شما امکان می دهد تا مواد جامد را در محیط های آبی تعلیق کنید، امولسیون ها را تثبیت کرده و رطوبت را از جو جذب کنید.

تلاشها با هدف استفاده از مواد لیگنوسلولزیک به عنوان منابع جایگزین مواد شیمیایی و انرژی به دلیل نگرانی از افزایش انتشار CO2 در حال افزایش است. این مشکل زیست محیطی منجر به ضرورت حرکت به سمت راه حل های مواد سبز شد که در جستجوی یک سیاست توسعه پایدار و تأثیرات کم محیطی باشد. مزایای اصلی در استفاده از این مواد کم هزینه، تجدیدپذیری و در دسترس بودن آنها در مقادیر زیاد در سراسر جهان است.

کاه نخود قند یکی از بقایای اصلی فرآوری نیشکر است. تخمین زده می شود که برای هر تن نیشکر فرآوری شده، ۱۴۰ کیلوگرم نی تولید می شود. معمولاً نی برای سوختن نیشکر به صورت دستی سوزانده می شود یا پس از برداشت مکانیکی در مزرعه باقی می ماند تا به درمان خاک پس از برداشت کمک کند.

در واقع، روش سنتی سوزاندن به تدریج در رابطه با قوانین جاری متوقف می شود و تنها محصول مکانیزه باقی می ماند. این روش برداشت منجر به تولید تعداد بیشتری از نی نیشکر شده است که می تواند به عنوان مواد اولیه انرژی و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

نتیجه گیری

روش استخراج سلولز از کاه نخود قند انجام شده در این کار بسیار کارآمد بود. ماده ای با خلوص بالای سلولز (۹۰٪) تولید شد. نتیجه مهم دیگر این است که هدر رفتن سلولز زیاد نبود و این نشان می دهد شرایط درمان اعمال شده برای استخراج سلولز مناسب است. با این حال، هدر رفتن سلولز می تواند با بهینه سازی فرایند استخراج کمتر باشد.

به عنوان مثال، مرحله درمان با اسید می تواند در شرایط ملایم تری انجام شود، زیرا بالاترین محلول سلولز در این مرحله رخ داده است. بنابراین، می توان در نظر گرفت که برخلاف سنتز سلولز استات، حضور لیگنین، حتی در مقادیر کم، بازده کمتری در فرایند سنتز کربوکسی متیل سلولز دارد.