从回收纸和纸中绿色分离纤维素材料:一个Box-Behnken设计优化
Evans K Suter1, Hilary L Rutto1, Tumisang S Seodigeng1
1Department of Chemical Engineering and Metallurgy, Clean Technology and Applied Materials Research Group, South Africa.
概括
纤维素纳米晶体 (CNC) 由回收纸泥合成,优化了分离过程. 这些CNC具有增强的结晶性和热稳定性,适用于先进的工业应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 回收的纸和纸是纤维素提取的可持续来源.
- 纤维素纳米晶 (CNCs) 为先进的材料应用提供了独特的特性.
- 从废物流中优化纤维素隔离对于经济可行性至关重要.
研究的目的:
- 从回收的纸和纸中分离和合成纤维素纳米晶体 (CNC).
- 通过响应表面方法来优化纤维素隔离过程.
- 描述合成的CNC并评估它们的工业用途属性.
主要方法:
- 从回收污泥中分离纤维素,然后合成纤维素纳米晶体 (CNC).
- 使用响应表面方法 (RSM) 优化隔离过程,采用盒式设计.
- 使用扫描电子显微镜 (SEM),传输电子显微镜 (TEM),X射线衍射 (XRD),热重力测量分析 (TGA/DTG),里埃变换红外光谱 (FTIR) 和水容量测量进行表征.
主要成果:
- 确定了最佳的隔离条件:87.5°C,180分钟,4%的NaOH.
- SEM/TEM证实了纤维素的棒状结构和CNC的较短的棒状结构.
- XRD显示结晶度指数的显著增加,从41.33% (泥) 增加到75.6% (CNCs).
- TGA/DTG显示了增强的热稳定性;FTIR显示了化学结构的改变.
- 纤维素具有较高的水容量 (65.31%),而CNC则具有较高的水友性 (83.14%).
结论:
- 这项研究成功地从回收纸泥中合成了纤维素纳米晶体 (CNC).
- 优化的隔离过程产生了具有改善晶度,热稳定性和独特纳米结构的CNC.
- 合成的CNC具有各种高端工业应用的优良性能,包括生物医学工程,纳米技术和可持续包装.
