کارگاه آموزشی نانوفناوری مواد لیگنوسلولزی دکتر ربیع بهروز گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ

آموزشی کارگاه

لیگنوسلولزی مواد نانوفناوری

بهروز ربیع دکترکاغذ و چوب صنایع و علوم گروه

مدرس تربیت دانشگاه[email protected]

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 )


روش استخراج شیمیاییروش استخراج شیمیایی



ویژگی های نانوکریستال سلولز

ویژگی های نانوکریستال سلولز



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



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


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



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



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



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



- 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


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





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

Documents

کارگاه آموزشی نانوفناوری مواد لیگنوسلولزی دکتر ربیع بهروز گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ