تبديل زيست توده ليگنوسلولوزي باگاس به هيدروژل

Conversion of Lignocellulosic Bagasse Biomass into Hydrogel

در سال­ هاي اخير هدف اصلي توسعه سامانه­ هاي ­هيدروژل­ هاي جديد، تلاش براي تبديل زيست­ توده به هيدروژل هيبريدي ­دوست­دار محيط­ زيست بوده ­است. هيدروژل­ هاي هيبريدي معمولاً از كوپليمرشدن پيوندي مونومرهاي آكريلي روي پليمر طبيعي يا زيست­ توده به ­دست مي ­آيند. در اين پژوهش، از زيست­ توده باگاس بدون نياز به مرحله ليگنين ­زدايي (به ­عنوان مرحله­ اي پرهزينه و زمان­ بر) براي تبديل به هيدروژل جاذب استفاده شد. زيست­ توده باگاس به ­عنوان منبع پلي­ ساكاريد، به ­وسيله ميكروژل­ هاي پليمري برپايه مونومرهاي آكريلي مانند آكريليك اسيد، آكريل آميد و 2-آكريل آميدو-2-متيل پروپان سولفونيك اسيد اصلاح شد كه از فرايند پليمرشدن امولسيوني وارون تهيه شدند. اين فرايند سبب تبديل زيست­ تـوده كم­ ارزش به هيدروژل ارزشمند نيمه­ سنتزي مي­ شود. اثر نوع لاتكس، نسبت فاز آبي به آلي در لاتكس پليمري، زمان و دماي واكنش اصلاح روي ظرفيت تورم هيدروژل هيبريدي بررسي شد. واكنش شيميايي بين باگاس و لاتكس آكريلي با گرمادهي انجام شد كه موجب به ­دست آمدن هيدروژل نيمه­ سنتزي با 60% جز طبيعي و %40 جز سنتزي شد. از لاتكس­ هاي استفاده شده با ساختار­هاي مختلف، پلي(AA-NaAA-AM-AMPS) مناسب­ ترين لاتكس پليمري براي تبديل باگاس به هيدروژل است. باگاس اصلاح شده با اين لاتكس داراي مقدار جذب آب تا 112g/g است، درحالي كه مقدار جذب آب باگاس اصلاح نشده اوليه، فقط 3.6g/g است. هيدروژل ­هاي هيبريدي توليد شده با استفاده از روش­ هاي شناسايي مانند طيف­ سنجي زيرقرمز، آزمون گرمايي ديناميكي-مكانيكي، آزمون گرماوزن ­سنجي، ميكروسكوپي الكتروني پويشي و اندازه ­گيري مقدار تورم بررسي و شناسايي شدند.

In recent years, the main objective of developing new hydrogel systems has been to convert biomass into environmentally-friendly hydrogels. Hybrid hydrogels are usually prepared by graft copolymerization of acrylic monomers onto natural polymers or biomass. In this study, sugarcane bagasse was used to prepare semi-synthetic hybrid hydrogels without delignification, which is a costly and timeconsuming process. Sugarcane bagasse as a source of polysaccharide was modified using polymer microgels based on acrylic monomers such as acrylic acid, acrylamide and 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid which were prepared through inverse emulsion polymerization. By this process, biomass as a low-value by-product was converted into a valuable semi-synthetic hydrogel. In the following, the effect of latex type¸ the aqueous-to-organic phase ratio in the polymer latex, time and temperature of modification reaction on the swelling capacity of the hybrid hydrogel were evaluated. The chemical reaction between sugarcane bagasse and acrylic latex was carried out during heating of the modified bagasse which led to obtain a semisynthetic hydrogel with 60% natural components and 40% synthetic components. Among the latexes with different structures, poly(AA-NaAA-AM-AMPS) was the most suitable polymer latex for the conversion of biomass into hydrogel. The bagasse modified with this latex had a water absorption capacity up to 112 g/g, while the water absorption capacity of primary sugarcane bagasse was only equal to 3.6 g/g. The prepared polymer hydrogels were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA), thermal gravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and determination of the amount of swelling capacity.