تهيه نانوكريستال سلولز از آلفا سلولز و بهينه سازي شرايط ساخت آن

Preparation of Cellulose Nanocrystals from α-Cellulose and Optimization of its Isolation Conditions

نانوكریستال سلولز (CNC) گروه جدیدی از مواد سلولزی است كه طی دو دهه اخیر در حوزه‌های تحقیقاتی گوناگون كاربردهای وسیعی یافته است. این نانو ذرات اغلب از طریق هیدرولیز اسیدی تركیبات سلولزی از قبیل چوب، پنبه، نشاسته و ... تهیه می‌شوند. هدف اصلی این تحقیق، یافتن شرایط بهینه برای ساخت سوسپانسیونی كلوئیدی پایدار در آب از نانوكریستال سلولز حاصل از آلفا سلولز طی روشی با بازدهی بالا می باشد. بنابراین شرایط متفاوتی از دما و زمان واكنش برای هیدرولیز اسیدی انتخاب شد. درصد بازده برای تمام سوسپانسیون‌های حاصل محاسبه گردید. ریخت شناسی نانوكریستال سلولز تهیه شده با استفاده از میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM) و میكروسكوپ الكترونی روبشی محیطی (ESEM) مورد بررسی قرار گرفت و كریستالیته با استفاده از پراش پرتو ایكس (XRD) اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد كه بیشترین بازده نانوكریستال سلولز (88 درصد) در زمان 60 دقیقه و دمای 60 درجه سانتی گراد به دست آمد. به طور كلی، كریستال‌های میله‌ای شكل به دست آمده با ابعاد 50-35 نانومتر و كریستالیته بالا (92 درصد) از آلفا سلولز می‌تواند آن را به منبعی مناسب و رقابتی برای تولید نانوكریستال سلولز مورد نیاز صنایع مختلف مبدل سازد.

Cellulose nanocrystals (CNC) are new class of cellulose materials that find wide applications in various research areas over the past two decades. These nanoparticles are usually made by acid hydrolysis of cellulose substances such as wood, cotton, Starch etc. The main aim of this study is to find the optimal conditions for obtaining an aqueous stable colloid suspension of cellulose nanocrystal (CNC) from α-cellulose with a high-yield procedure. Therefore various conditions of acid hydrolysis were evaluated as reaction temperature and reaction time. The percentage of yield was calculated for all suspensions. The morphology of the prepared CNC was characterized by Transmission Electron Microscopy (TEM), Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM) and the crystallinity was measured by X-ray diffraction (XRD). The results showed that highest yield of CNC (88%), was achieved from the reaction condition of 60 minutes at 60 °C. Generally, rod-like shape crystals achieved from α-cellulose with an average size of 35-50 nm and high crystallinity (92%) can be make it to a convenient and competitive source for the production of cellulose nanocrystal for various industries.