آموزشی کارگاه

لیگنوسلولزی مواد نانوفناوری

بهروز ربیع دکترکاغذ و چوب صنایع و علوم گروه

مدرس تربیت دانشگاهRabi.behrooz@modares.ac.ir

روش های تولید آن

انواع نانوذرات وسلولزی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش های

جداسا

زی

و/یا

استخراج

نانوذرات

سلولزی

روش شیمیایی (، CNN- نانوویسکر، ویسکر، نانوکریستال سلولز)

سلولز (، مونوکریستال NCC نانوکریستالین )

میکروکریستال، میکروکریستالیتروش مکانیکی یا شیمیایی-

مکانیکی- میکروفیبریل، سلولز میکروفیبریله شده

(MFC سلولز ،)(NFC نانوفیبریله شده )

نام گذاری و تعاریفنام گذاری و تعاریف

روش میکروبی (BC- سلولز باکتریایی )

روش الکتروریسی(NFS- سلولز الکتروریسی شده )

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج شیمیاییروش استخراج شیمیایی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج شیمیاییروش استخراج شیمیایی

ویژگی های نانوکریستال سلولز

ویژگی های نانوکریستال سلولز

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج شیمیاییروش استخراج شیمیایی

آماده سازی شیمیایی

)استخراج سلولز(

آماده سازی شیمیایی

)استخراج سلولز(

- لیگنین زدایی )فرایند های شیمیایی خمیرکاغذسازی- لیگنین زدایی )فرایند های شیمیایی خمیرکاغذسازی

- رنگبری )توالی های رنگبری و لیگنین زدا- رنگبری )توالی های رنگبری و لیگنین زدا

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج شیمیاییروش استخراج شیمیایی

نانوکریستال سلولز حاصل از الیاف مختلف سلولزیTEMتصاویر نانوکریستال سلولز حاصل از الیاف مختلف سلولزیTEMتصاویر

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکیروش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی

- روش های ساده: تیمار مکانیکی

- روش های ترکیبی: پیش تیمار آنزیمی یا شیمیایی + تیمار

مکانیکی

- روش های ساده: تیمار مکانیکی

- روش های ترکیبی: پیش تیمار آنزیمی یا شیمیایی + تیمار

مکانیکی

تیمار مکانیکیدفیبریالسیون از طریق افت فشار

سریع و ایجاد نیروهای برشی و

ضربه شدید

هموژنایزر

میکروفلویدایزر

جداسازی الیاف سلولزی در جهت محور طولی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکیروش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی

هموژنیزه کردن (Homogenization)

4000در حدود کیلوژول انرژی /

NFCکیلوگرم

میکروفلویدکردن

(Microfluidization)

تا 200در حدود کیلوژول 600

انرژی / NFCکیلوگرم

میکروآسیاب کردن

(Microgrinding)

600در حدود کیلوژول انرژی /

NFCکیلوگرم

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکیروش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی

مشکالت تکنیکی

واقتصادی صنعتی شدن

فرایند؟

مشکالت تکنیکی

واقتصادی صنعتی شدن

فرایند؟

مصرف انرژی زیاد+

گرفتگی الیاف در تجهیزات

مصرف انرژی زیاد+

گرفتگی الیاف در تجهیزات

راه حل های ارائه شده ؟راه حل های ارائه شده ؟

پیش تیمارشیمیایی /

آنزیمی

پیش تیمارشیمیایی /

آنزیمی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکیروش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی

پیش تیمار آنزیمی پیش تیمار آنزیمی

پیش تیمار شیمیایی

پیش تیمار شیمیایی

الیاف

سلولزی

)خمیر چوب

کامأل رنگبری

شده(

تیمار

مکانیکی)کاهش بیش از

% درصد 80

انرژی(

تیمار

مکانیکی)کاهش بیش از

% درصد 80

انرژی(

پیش تیمار شیمیایی پیش تیمار شیمیایی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکیروش استخراج مکانیکی یا شیمیایی/مکانیکی

- تیمار قلیایی مالیم: خروج بخشی از لیگنین باحفظ صدمه به سلولز

-( TEMPO-mediated oxidation)tetramethylpiperidine- 1-oxyl-2,2,6,6ایجاد گروه های کربوکسیل روی سطح سلولز و افزایش

شارژ منفی و بنابراین نیروی دافعه روی سطح نانوفیبرها و تسهیل در فیبریله شدن

- تیمار قلیایی مالیم: 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 پیش تیمار شیمیایی پیش تیمار شیمیایی تسهیل در فیبریله شدن

دسته آنزیم های سلوالز:- که به بخش های کامأل منظم کریستالین حمله B و Aسلوالز -

می کنند و تحت عنوان سلوبیوهیدروالز نامیده می شوند که به بخش های نامنظم تر می توانند D و C سلوالز های -

حمله کنند تحت عنوان اندوگلوکانازها نامیده می شوند

دسته آنزیم های سلوالز:- که به بخش های کامأل منظم کریستالین حمله B و Aسلوالز -

می کنند و تحت عنوان سلوبیوهیدروالز نامیده می شوند که به بخش های نامنظم تر می توانند D و C سلوالز های -

حمله کنند تحت عنوان اندوگلوکانازها نامیده می شوند

از ژل سلولز میکروفیبریله شده نشاندهنده TEMتصویر نانوفیبرهای سلوازی و دستجات آن

از ژل سلولز میکروفیبریله شده نشاندهنده TEMتصویر نانوفیبرهای سلوازی و دستجات آن

تولید سلولز خالص به شکل زنجیره های سلولزی تک به تک توسط باکتری تولیدکننده ( در محیط کشت مناسب و با دادن زمان به فرآیند کشتAcetobacter xylinumسلولز )

انباشتگی یک غشاء ژالتینی سلولزی مناسب

سنتز سلولز در سوسپانسیون ، به شکل قرص یا جرم های نامعین

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش میکروبیروش میکروبی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش میکروبیروش میکروبی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش میکروبیروش میکروبی

ساختار نانو سلولز باکتریایی

از نظر شیمیایی شبیه سلولز گیاهی اما با ساختار و خواص زنجیره های سلولزی بصورت فیبریل های بسیار ریز بوده که پهنای ماکرو مولکولی متفاوت

فیبریل های بسیار ریز سلولز باکتریایی در داخل میکروفیبریل ها بصورت کریستالی و میله ای نانو متر 1.5آنها در حدود نانو متر70-80 * 3-4است وضخامت و عرض آن بر ر

مرفولوژی ماکروسکوپی سلولز باکتریایی به شدت وابسته به شرایط کشت دارد

مرفولوژی ماکروسکوپی سلولز باکتریایی به شدت وابسته به شرایط کشت دارد

شرایط کشت استاتیک : نوارهای سلولزی عموماk 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(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش میکروبیروش میکروبی

نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(نانوذرات سلولزی )نانوفیبرسلولزی(

روش میکروبیروش میکروبی

الکترواسپینینگ تشكيل نانوالياف پليمري از جت يك سيال در يك ميدان الكتريكي را فرآيند( ES .مي نامند )

الکترواسپینینگ:

تولید نانو سلولز الکترو اسپینینگ به روش ریسندگی تر

تولید نانو سلولز الکترو اسپینینگ به روش ریسندگی تر

تولید نانو فیبرسلولزی الکترواسپون

- حل کردن سلولز در حالل مناسب

داخvل در سvلولز محلvول هموژنسvازی -سرنگ و میکروپومپ

- پاشvيدن محلvول از يvك جت بvا قطvر در حvد ميلي مvتر )در اثvر ولتvاژ بvاالي اعمvال شvده،

محلول حاوي بار سطحي مي گردد.(

- عبورسيال باردار از ميدان الكتريكي

- تولیvد الیvاف پیوسvته بvا قطvر از حvدود چنvد میکرون تا یکصد نانومتر