ЕКСТРАКЦІЯ ОРГАНОСОЛЬВЕНТНОЇ ЦЕЛЮЛОЗИ ТА ОДЕРЖАННЯ НАНОЦЕЛЮЛОЗИ З ВОЛОКОН КОНОПЕЛЬ

Валерій Анатолійович Барбаш; Ольга Василівна Ященко; Ольга Сергіївна Якименко; Роман Миронович Захарко

doi:10.20535/kpisn.2021.3.251456

Т. · № 3 · 2021 гру 15, 2021 статті

ЕКСТРАКЦІЯ ОРГАНОСОЛЬВЕНТНОЇ ЦЕЛЮЛОЗИ ТА ОДЕРЖАННЯ НАНОЦЕЛЮЛОЗИ З ВОЛОКОН КОНОПЕЛЬ

ВБ

Валерій Анатолійович Барбаш Відповідальний Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна

ОЯ

Ольга Василівна Ященко Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна

ОЯ

Ольга Сергіївна Якименко Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна

РЗ

Роман Миронович Захарко Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна

Опублікованогру 15, 2021

PDF

НВКПІ 3 ТОМ · 3

ТОМ · № 3 · 2021 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Застосування замість синтетичних полімерів целюлози та наноцелюлози дає можливість покращити споживчі властивості та екологічність композитних матеріалів. Тому розробка технологій отримання з рослинної сировини, зокрема волокон конопель, органосольвентної целюлози та наноцелюлози є актуальною науково-практичною проблемою. Мета дослідження . Отримати целюлозу з волокон конопель пероцтовим методом та вивчити вплив концентрації сульфатної кислоти та температури гідролізу органосольвентної целюлози на показники якості конопляної наноцелюлози. Методика реалізації. Обробку волокон конопель виконували в дві стадії: лужна екстракція й органосольвентне варіння за температури 97 ± 2 °C. Наноцелюлозу отримували шляхом гідролізу органосольвентної целюлози розчином сульфатної кислоти різної концентрації. Отриману наноцелюлозу досліджували методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), інфрачервоної спектроскопії з Фур’є перетворенням (FTIR), атомною силовою мікроскопією (AFM). Результати дослідження. Отримано органосольвентну конопляну целюлозу із залишковим вмістом лігніну 0,16 % і зольністю 0,08 %. Одержані з неї частинки наноцелюлози мали поперечний розмір 8–23 нанометрів і довжину до декількох мікрометрів. Наноцеллюлозні плівки мали високі механічні показники: щільність до 1,54 г/см3 і міцність на розрив до 60 МПа. Висновки. Проведення термохімічної обробки волокон конопель у два етапи дає можливість отримати целюлозу з мінімальним залишковим вмістом лігніну та мінералів, яка придатна для виробництва наноцелюлози. Наноцелюлоза була успішно виділена з органосольвентної конопляної целюлози за допомогою процесу кислотного гідролізу. Подальша ультразвукова обробка дає можливість отримати стабільний наноцелюлозний гель з високими механічними властивостями.

Ключові слова

#волокно конопель #органосольвентна целюлоза #наноцелюлоза #кислотний гідроліз

Посилання

Z. Schlanger, “The problem with turning to paper after the EU’s plastic ban”, Quartz, Mar. 2019. [Online]. Available: https://qz.com/1582520/the-problem-with-turning-to-paper-after-the-eus-plastic-ban .
L. Jasmania, and W. Thielemans, “Preparation of nanocellulose and its potential application”, Int. J. Nanomater. Nanotechnol. Nanomed., vol. 4, no. 2, pp. 14–21, Oct. 2018, doi: 10.17352/2455-3492.000026.
H. Shaghaleh, X. Xu, and S. Wang, “Current progress in production of biopolymeric materials based on cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose derivatives”. RSC Adv., vol. 8, no. 2, pp. 825–842, 2018, doi: 10.1039/C7RA11157F.
A. Naderi and T. Lindström, “Rheological Measurements on Nanofibrillated Cellulose Systems: A Science in Progress” in Cellulose and cellulose derivatives: synthesis, modification and applications, M. I. H. Mondal, Ed. NY, USA: Nova Science Publishers, 2015, pp. 187-204.
C. Yadav et al., “Plant-based nanocellulose: A review of routine and recent preparation methods with current progress in its applications as rheology modifier and 3D bioprinting”, Int. J. Biol. Macromol. , vol. 166, pp. 1586–1616, Jan. 2021, 10.1016/j.ijbiomac.2020.11.038.
M. K. Bakri, M. R. Rahman, and A. Kakar, “Current and Past: Nanocellulose and Nanocomposites and Its Future Applica- tions”, Academia Letters, Article 1483, Jul.2021, doi: 10.20935/AL1483.
M. Alavi, “Modifications of MCC, NFC, and NCC for antimicrobial and wound healing applications”, e-Polymers, vol. 19, no.1, pp. 103–119, May 2019, doi: 10.1515/epoly-2019-0013.
S. Naz, J. S. Ali, and M. Zia, “Nanocellulose isolation characterization and applications: a journey from non-remedial to bio- medical claims”, Bio-Design and Manufacturing, vol. 2, no. 3, pp. 187-212, Aug. 2019. doi: 10.1007/s42242-019-00049-4.
S. Beck-Candanedo, M. Roman, and D. G. Gray, “Effect of reaction conditions on the properties and behavior of wood cellulose nanocrystal suspensions”, Biomacromolecules, vol. 6, no. 2, pp.1048–1054, 2005, doi: 10.1021/bm049300p.
Y. Habibi, “Key advances in the chemical modification of nanocelluloses”, Chem. Soc. Rev., vol. 43, no. 5, pp.1519–1542, 2014, doi: 10.1039/C3CS60204D.
F. T. Seta et al., “Preparation and characterization of high yield cellulose nanocrystals (CNC) derived from ball mill pretreatment and maleic acid hydrolysis”, Carbohydrate Polymers, no. 234, pp. 115942–11612, Apr. 2020, doi: 10.1016/j.carbpol.2020.115942.
I. Deykun, V. Halysh, and V. Barbash, “Rapeseed straw as an alternative for pulping and papermaking”, Cellulose Chem. Technol., vol. 52, no. 9–10, pp. 833–839, 2018.
A. Ab. Latif, S. Harun, M. S. Sajab, M. Markom, and J. Md Jahim , “Ammonia-based pretreatment for ligno-cellulosic biomass conversion – an overview”, J. Eng. Sci. Technol. Rev., vol. 13, no. 6, pp. 1595–1620, 2018.
Q. Lyu, X. Chen, Y. Zhang, H. Yu, L. Han, and Weihua Xiao, “One-pot fractionation of corn stover with peracetic acid and maleic acid”, Bioresource Technology, vol. 320, pp. 124306–124313, 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2020.124306.
TAPPI Test Methods, Tappi Press, Atlanta, US, 2004.
V. Barbash, and O. Yashchenko, “Preparation, properties and use of nanocellulose from non-wood plant materials”, in Novel Nanomaterials”, K. Krishnamoorthy, Ed. IntechOpen, pp. 1–23, 2020, doi: 10.5772/intechopen.94272.
G. A. Smook, “Handbook for Pulp & Paper Technologists”. 3rd ed., Angus Wilde Publications, 425 р, 2003.
N. A. Rosli, W. H. W. Ishak, and I. Ahmad, “Eco-friendly high-density polyethylene/amorphous cellulose composites: Envi- ronmental and functional value”, J. Clean. Prod., vol. 290, pp. 125886–12594, Mar. 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2021.125886.
R. A. Ilyas, S. M. Sapuan, M. R. Ishak, and E. S. Zainudin, “Effect of delignification on the physical, thermal, chemical, and structural properties of sugar palm fibre”, BioResources, vol. 12, no. 4, pp. 8734–8754, 2017.
V. A. Barbash, O. V. Yashchenko, A. S. Gondovska, O. S. Yakymenko, “Nanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food products”, KPI Sci. News, no. 2, pp. 90-96, 2021, doi: 10.20535/kpisn.2021.2.236944.
D. Starokadomsky et al., “Resistance and strength of bio-compatible epoxy-cellulose composites, as a function of con- centration and dispersity of cellulose filler”, Biomed J. Sci & Tech Res, vol. 31, no. 3, pp. 24211–24218, Oct. 2020, doi: 10.26717/BJSTR.2020.31.005103.
N. P. Klochko et al., “Efficient biodegradable flexible hydrophobic thermoelectric material based on biomass-derived nanocellulose film and copper iodide thin nanostructured layer”, Solar Energy, vol. 212, pp. 231–240, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.10.081.
N. P. Klochko et al., “Biodegradable flexible transparent films with copper iodide and biomass-derived nanocellulose for ultraviolet and high energy visible light protection”, Solar Energy, vol. 220, pp. 852–863, May 2021, doi: 10.1016/j.solen- er.2021.04.014.[24] S. P. Espíndola, M. Pronk, J. Zlopasa, S. J. Picken, and M. C, M. Loosdrecht., “Nanocellulose recovery from domestic wastewater, J. Clean. Prod., vol. 280, p. 124507, Jan. 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124507.

Попередня у випуску ЕКСТРАКТИ ВІДХОДІВ ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ЯК ІНГІБІТОРИ НАКИПОУТВОРЕННЯ НА ПОВЕРХНІ МАЛОВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ У ВОДОПРОВІДНІЙ ВОДИ

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS

10.20535/kpisn.2026.3.361520

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ ЗУМ-АФОКАЛЬНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ НЕРУХОМИХ ВАРІОЛІНЗ

Ігор Г. Чиж

Проблематика Зум-оптичні системи, в яких використовуються механічно нерухомі електрично керовані варіолінзи, не можуть вважатися такими, що мають нерухомі оптичні…

#зум-афокальні системи #головні точки варіолінз #синтез зум-афокальних систем #стабільна афокальність зум-системи

10.20535/kpisn.2026.3.351645

МОДИФІКАЦІЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО МЕТОДУ SPINN ДЛЯ НАБЛИЖЕНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ МІШАНОЇ ЗАДАЧІ ДЛЯ РІВНЯННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ В ЕЛІПТИЧНІЙ ОБЛАСТІ

Валерій Лось, Олександр Ряхін

Проблематика. Параболічні диференціальні рівняння є математичними моделями інженерії, призначеними для дослідження широкого кола прикладних задач. Це приводить до…

#рівняння теплопровідності #мішана параболічна задача #еліптична область #фізико-інформативна нейронна мережа

10.20535/kpisn.2026.3.367316

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Валерій Анатолійович Барбаш, Ольга Василівна Ященко, Анна Сергіївна Гондовська, Ольга Сергіївна Якименко, НАНОЦЕЛЮЛОЗА ЗІ СТЕБЕЛ ОЧЕРЕТУ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПАПЕРУ ДЛЯ ПАКУВАННЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ , Наукові вісті КПІ: № 2 (2021)

Схожі статті

Mariia V. Kontseva, Hryhorii V. Krimets, Serhii A. Kontsevoi, 3D-МОДЕЛЮВАННЯ ВИРОБНИЦТВА НІТРАТНОЇ КИСЛОТИ , Наукові вісті КПІ: № 3 (2019)
Anastasiya S. Kutuzova, Tetiana A. Dontsova, Olga V. Linyucheva, НАНОКОМПОЗИТИ НА ОСНОВІ TIO2-SNO2: ВПЛИВ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ І СТРУКТУРНО-АДСОРБЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА ФОТОКАТАЛІТИЧНУ АКТИВНІСТЬ , Наукові вісті КПІ: № 1 (2020)
Валерій Анатолійович Барбаш, Ольга Василівна Ященко, Анна Сергіївна Гондовська, Ольга Сергіївна Якименко, НАНОЦЕЛЮЛОЗА ЗІ СТЕБЕЛ ОЧЕРЕТУ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПАПЕРУ ДЛЯ ПАКУВАННЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ , Наукові вісті КПІ: № 2 (2021)
Арсеній Найдьонов, Вікторія Коваль, СЕНСОРИ НА ОСНОВІ НАНОЦЕЛЮЛОЗИ ДЛЯ БІОРОЗКАДНОЇ, ГНУЧКОЇ, ОДНОРАЗОВОЇ І НОСИМОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ , Наукові вісті КПІ: Том 135 № 1-2 (2022)

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] Z. Schlanger, “The problem with turning to paper after the EU’s plastic ban”, Quartz, Mar. 2019. [Online]. Available: https://qz.com/1582520/the-problem-with-turning-to-paper-after-the-eus-plastic-ban .

[2] L. Jasmania, and W. Thielemans, “Preparation of nanocellulose and its potential application”, Int. J. Nanomater. Nanotechnol. Nanomed., vol. 4, no. 2, pp. 14–21, Oct. 2018, doi: 10.17352/2455-3492.000026.

[3] H. Shaghaleh, X. Xu, and S. Wang, “Current progress in production of biopolymeric materials based on cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose derivatives”. RSC Adv., vol. 8, no. 2, pp. 825–842, 2018, doi: 10.1039/C7RA11157F.

[4] A. Naderi and T. Lindström, “Rheological Measurements on Nanofibrillated Cellulose Systems: A Science in Progress” in Cellulose and cellulose derivatives: synthesis, modification and applications, M. I. H. Mondal, Ed. NY, USA: Nova Science Publishers, 2015, pp. 187-204.

[5] C. Yadav et al., “Plant-based nanocellulose: A review of routine and recent preparation methods with current progress in its applications as rheology modifier and 3D bioprinting”, Int. J. Biol. Macromol. , vol. 166, pp. 1586–1616, Jan. 2021, 10.1016/j.ijbiomac.2020.11.038.

[6] M. K. Bakri, M. R. Rahman, and A. Kakar, “Current and Past: Nanocellulose and Nanocomposites and Its Future Applica- tions”, Academia Letters, Article 1483, Jul.2021, doi: 10.20935/AL1483.

[7] M. Alavi, “Modifications of MCC, NFC, and NCC for antimicrobial and wound healing applications”, e-Polymers, vol. 19, no.1, pp. 103–119, May 2019, doi: 10.1515/epoly-2019-0013.

[8] S. Naz, J. S. Ali, and M. Zia, “Nanocellulose isolation characterization and applications: a journey from non-remedial to bio- medical claims”, Bio-Design and Manufacturing, vol. 2, no. 3, pp. 187-212, Aug. 2019. doi: 10.1007/s42242-019-00049-4.

[9] S. Beck-Candanedo, M. Roman, and D. G. Gray, “Effect of reaction conditions on the properties and behavior of wood cellulose nanocrystal suspensions”, Biomacromolecules, vol. 6, no. 2, pp.1048–1054, 2005, doi: 10.1021/bm049300p.

[10] Y. Habibi, “Key advances in the chemical modification of nanocelluloses”, Chem. Soc. Rev., vol. 43, no. 5, pp.1519–1542, 2014, doi: 10.1039/C3CS60204D.

[11] F. T. Seta et al., “Preparation and characterization of high yield cellulose nanocrystals (CNC) derived from ball mill pretreatment and maleic acid hydrolysis”, Carbohydrate Polymers, no. 234, pp. 115942–11612, Apr. 2020, doi: 10.1016/j.carbpol.2020.115942.

[12] I. Deykun, V. Halysh, and V. Barbash, “Rapeseed straw as an alternative for pulping and papermaking”, Cellulose Chem. Technol., vol. 52, no. 9–10, pp. 833–839, 2018.

[13] A. Ab. Latif, S. Harun, M. S. Sajab, M. Markom, and J. Md Jahim , “Ammonia-based pretreatment for ligno-cellulosic biomass conversion – an overview”, J. Eng. Sci. Technol. Rev., vol. 13, no. 6, pp. 1595–1620, 2018.

[14] Q. Lyu, X. Chen, Y. Zhang, H. Yu, L. Han, and Weihua Xiao, “One-pot fractionation of corn stover with peracetic acid and maleic acid”, Bioresource Technology, vol. 320, pp. 124306–124313, 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2020.124306.

[15] TAPPI Test Methods, Tappi Press, Atlanta, US, 2004.

[16] V. Barbash, and O. Yashchenko, “Preparation, properties and use of nanocellulose from non-wood plant materials”, in Novel Nanomaterials”, K. Krishnamoorthy, Ed. IntechOpen, pp. 1–23, 2020, doi: 10.5772/intechopen.94272.

[17] G. A. Smook, “Handbook for Pulp & Paper Technologists”. 3rd ed., Angus Wilde Publications, 425 р, 2003.

[18] N. A. Rosli, W. H. W. Ishak, and I. Ahmad, “Eco-friendly high-density polyethylene/amorphous cellulose composites: Envi- ronmental and functional value”, J. Clean. Prod., vol. 290, pp. 125886–12594, Mar. 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2021.125886.

[19] R. A. Ilyas, S. M. Sapuan, M. R. Ishak, and E. S. Zainudin, “Effect of delignification on the physical, thermal, chemical, and structural properties of sugar palm fibre”, BioResources, vol. 12, no. 4, pp. 8734–8754, 2017.

[20] V. A. Barbash, O. V. Yashchenko, A. S. Gondovska, O. S. Yakymenko, “Nanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food products”, KPI Sci. News, no. 2, pp. 90-96, 2021, doi: 10.20535/kpisn.2021.2.236944.

[21] D. Starokadomsky et al., “Resistance and strength of bio-compatible epoxy-cellulose composites, as a function of con- centration and dispersity of cellulose filler”, Biomed J. Sci & Tech Res, vol. 31, no. 3, pp. 24211–24218, Oct. 2020, doi: 10.26717/BJSTR.2020.31.005103.

[22] N. P. Klochko et al., “Efficient biodegradable flexible hydrophobic thermoelectric material based on biomass-derived nanocellulose film and copper iodide thin nanostructured layer”, Solar Energy, vol. 212, pp. 231–240, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.10.081.

[23] N. P. Klochko et al., “Biodegradable flexible transparent films with copper iodide and biomass-derived nanocellulose for ultraviolet and high energy visible light protection”, Solar Energy, vol. 220, pp. 852–863, May 2021, doi: 10.1016/j.solen- er.2021.04.014.[24] S. P. Espíndola, M. Pronk, J. Zlopasa, S. J. Picken, and M. C, M. Loosdrecht., “Nanocellulose recovery from domestic wastewater, J. Clean. Prod., vol. 280, p. 124507, Jan. 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124507.