توليد نانوسلولز به عنوان ماده اي با ارزش افزوده بالا، از ضايعات درخت نخل

Production of nanocellulose as a high value-added material from residues of palm tree

در حال حاضر به دليل كمبود منابع چوبي جنگلي و محدوديت‌هاي زيست محيطي، تلاش براي استفاده از ضايعات كشاورزي به‌عنوان منابعي ارزان و در دسترس براي تأمين منابع سلولزي و توليد محصولات سلولزي گسترش‌يافته است. در دور تازه‌اي از تحقيقات محققان از ضايعات كشاورزي مختلف مانند پوست قهوه، پسماند درختچه چاي، باقي مانده‌هاي كاه سير، كاه گندم، كاه سويا، باگاس و .. براي توليد نانوسلولزهاي با مرفولوژي و ابعاد متفاوت و با ويژگي‌هاي خاص استفاده كرده‌اند. در اين مطالعه ابتدا سه گونه درخت نخل (روغن، شكر و خرما) معرفي و ضايعات و آناتومي يك درخت نخل شرح داده شده است. سپس تحقيقات انجام‌شده در زمينه تهيه نانوساختارهاي‌ سلولز از ضايعات و قسمت‌هاي مختلف درخت نخل (مانند خوشه بدون ميوه، ساقه‌برگ، برگچه‌برگ، فيبر لايه ‌مياني ميوه، پوست هسته، تنه و غلاف) با روش‌ها و پيش‌تيمارهاي مختلف (اكسيداسيون TEMPO، آبكافت اسيدي، آسياب، آنزيمي و آمونيوم‌پرسولفات) مورد بررسي قرارگرفت. روش‌ها و منابع سلولز متفاوت، هنگام به‌دست آوردن نانوسلولز تأثير زيادي در ويژگي‌هاي نانوسلولز توليدي دارد. ضايعات و قسمت‌هاي مختلف نخل مانند ساير منابع سلولزي داراي درصدهاي متفاوتي از ليگنين، سلولز، همي‌سلولز و مواد استخراجي مي‌باشد. ازنظر آناتومي، مورفولوژي و تركيبات شيميايي الياف، تفاوت معني‌داري در قسمت‌هاي مختلف (مانند خوشه بدون ميوه و ساقه‌برگ) يك گونه درخت نخل و قسمت‌هاي يكسان (مثلاً خوشه بدون ميوه) در گونه‌هاي مختلف آن وجود دارد و در نتيجه ويژگي‌هاي نانوسلولز توليدي مي‌تواند متاثر از اين تفاوت‌ها باشند. روش‌هاي مختلف كوچك‌سازي ابعاد سلولز از ميكرو به نانو تمايز بيشتري (نسيت به منبع سلولز) در خواص نانوسلولزهاي توليدي ايجاد مي‌كند.

At present, try to use of agricultural waste as a cheap source and available resources for the preparation of cellulose sources and production of cellulose products has spread due to scarcity of forest wood resources and environmental constraints. In the new research, researchers have used various agricultural wastes, such as coffee husk, tea plant waste, garlic straw residues, wheat straw, soybean straw, bagasse, etc. to produce different nanocellulose with different dimension, morphology and properties. In this study, three palm tree species (oil, sugar and date) were introduced and biomass and anatomy of a palm tree were described. Then, researches on cellulose nanostructures from waste and different parts of palm tree (such as empty fruit bunch, rachis, leaflet, kernel shell, mesocarp fiber, trunk, sheath) was investigated by different pretreatment and methods (TEMPO oxidation, acid hydrolysis, grinding, enzymatic and ammonium persulfate). Different methods and cellulose sources have a great influence on the nanocellulose properties when obtaining nanocellulose.The palm tree and its different parts and wastes have different percentages of lignin, cellulose, hemicellulose and extractives like other cellulose sources. In terms of anatomy, morphology, and fibers chemical composition, there are significant differences in the different parts (such as empty fruit bunch, rachis) of a species of palm tree and the identical parts (such as empty fruit bunch) in different species., therefore the nanocellulose properties can be significantly affected by such differences. Compared to cellulose source, different downsizing methods of cellulose from micro to nanoscale have greater effect on nanocellulose properties. For example, acid hydrolysis gives cellulose nanocrystals with low aspect ratio and high crystallinity. Mechanical-based downsizing produces cellulose nanofibrils with network structure and high aspect ratio and TEMPO-mediated oxidation results in cellulose elementary fibrils with lower diameter (compared to nanofibrils) and oxidized surfaces. These differences originated from different types of cellulose sources or the downsizing methods can have significant effect on the properties of the final products of nanocellulose.