بهینه‌سازی فرایند تولید کربوکسی متیل سلولوز از باگاس (تفاله) نیشکر

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

چکیده

کربوکسی متیل سلولوز پلیمری محلول در آب است که کاربردهای فراوانی در صنایع گوناگون دارد. منابع گوناگونی برای تهیه کربوکسی متیل سلولوز وجود دارد که یکی از آ‌ن‌ها باگاس است. باگاس(تفاله) نیشکر متشکل از سلولوز، همی‌سلولوز و لیگنین است. از آنجا که 40 -30 درصد باگاس دارای سلولوز است، بنابراین  می‌تواند به‌عنوان منبع سلولوز برای تهیه کربوکسی‌متیل‌سلولوز درنظر گرفته شود. در این پژوهش همی‌سلولوز و لیگنین به‌وسیله محلول اسید رقیق و سدیم هیدروکسید  از باگاس جدا و سلولوز استخراج  شد. سولفوریک اسید و نیتریک اسید رقیق در مرحله اسیدی استفاده شدند که سولفوریک اسید باعث حذف بیش­تری از همی‌سلولوز شد. برای جداسازی کامل سلولوز، از درصد‌های گوناگون محلول سولفوریک اسید  و سدیم هیدروکسید در زمان‌های متفاوت از واکنش استفاده شد. با  محاسبه سطح نرمال‌شده زیر پیک‌های مشخصه طیف FT-IR به­دست­آمده از نمونه‌ها با نرم افزار Origin و مقایسه آن‌ها، نمونه با بیش ­ترین مقدار سلولوز استخراج‌شده انتخاب شد. سلولوز استخراج‌شده در این مرحله برای تهیه کربوکسی‌متیل‌سلولوز استفاده شد. در مرحله بعد روش پاسخ سطح (RSM) همراه با طراحی آزمون  Box-Behnken Design (BBD) برای دستیابی به بیش ­ترین درجه جانشینی کربوکسی‌متیل ‌سلولوز به‌کار گرفته شد. متغیرهای مستقل این طراحی عبارت از  دمای واکنش، غلظت محلول سدیم هیدروکسید و مقدار سدیم مونوکلرواستات به ازای هر گرم سلولوز بود. بیش­ ترین  درجه جانشینی 66/0 تعیین شد، در حالی که فاکتور رضایت 14/97 درصد محاسبه شد که نشانگر مطابقت خوب مدل با داده‌های تجربی است. گرانروی محلول 2 درصد کربوکسی‌متیل‌سلولوز با درجه جانشینی 66 / برابر با  cP 8/24 و وزن مولکولی این نمونه 261000 گرم بر مول شد که در مواد شوینده کاربرد دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] حبیبی، مسعودرضا؛ مهدوی، سعید؛ استفاده از روش­های مناسب انبارداری باگاس ضرورتی اجتناب ­ناپذیر برای صنایع چوب کشور، طبیعت ایران، 1(8): 16 تا 20 (1397).
[2] Noor Fadzlina Z.A., Karim A.A., Teng T.T., Physicochemical Properties of Carboxymethylated Sago (Metroxylon Sagu) Starch, J. Food Sci., 70(90):560-567 (2005).
[3] Morais T.E., Bondanciaa T.J., Ricardo K.B., Correaa A.C., Marconcinia J.M., Mattosoa L.H.C., Sugarcane Bagasse Whiskers: Extraction and Characterizations, Ind. Crop. Prod., 33(1):63–66 (2011).
[4] Pereira P.H.F., Voorwald H.C.J., Cioffi M.O.H., Mullinari D.R., Da Luz S.M., Pinto Da Silva M.L.C., Sugarcane Bagasse Pulping and Bleaching: Thermal and Chemical Characterization, BioResources, 6(3):2471-2482 (2011).
[5] Mandal A., Chakrabarty D., Isolation of Nanocellulose from Waste Sugarcane Bagasse (SCB) and its Characterization, Carbohyd. Polym., 86(3):1291– 1299 (2011).
[6] Rezende C.A., de Lima M.A., Maziero P., Azevedo E.R., Garcia W., Rezende I.P., Chemical and Morphological Characterization of Sugarcane Bagasse Submitted to a Delignification Process for Enhanced Enzymatic Digestibility, Biotechnol. Biofuels, 54(4):1-18 (2011).
[7] بهرامی، بهادر؛ طیبه، یهزاد؛ زمانی، اکرم؛ "تهیه و مشخصه­یابی نانوالیاف سلولوزی مورد استفاده در صنعت کامپوزیت­های سبزهمایش ملی محیط زیست و صنعت سبز، 145 تا 156 (1393).
[8] Ismail N.M., Bono A., Nilus S., Chng L.M., Optimization of Reaction Conditions for Preparing Carboxymethyl Cellulose, J. Appl. Sci., 10(21):2530-2536 (2010).
[9] Yaacob B., Mohd Amin M.C., Hashim K., Abu Bakar B., Optimization of Reaction Conditions for Carboxymethylated Sago Starch, Iran. Polym. J., 20(3):195-204 (2011).
[10] Tasaso P., Optimization of Reaction Condition for Synthesis of Carboxymethyl Cellulose Oil Palm Fronds, Int. J. Chem. Eng. Appl., 6(2):1-4 (2015).
[15] Scheirs J., Camino G., Tumiatti W., Overview of Water Evolution During the Thermal Degradation of Cellulose, Eur. Polym. J., 37(5):933–942 (2001). 
[16] Varshney V.K., Gupta P.K., Naithani S., Ritu K., Amit B., Soni P.L., Carboxymethylation of a Cellulose Isolated from Lantana Camara with Respect to Degree of Substitution and Rheological Behavior, Carbohyd. Polym., 63(1):40-45 (2006).
[17] Tijsen C.J., Kolk H.J., Stamhuis E.J., Beenackers A.A.C.M., An Experimental Study on Carboxymethylation of Granular Potato Starch in Non-Aqueous Media, Carbohyd. Polym., 45(3):219-226 (2001).
[18] Bhattacharyya D., Singhal R.S., Kulkarni P.R., A Comparative Account of Conditions for Synthesis of Sodium Carboxymethyl Starch from Corn and Amaranth Starch, Carbohyd. Polym., 27(4):247–253 (1995).
[19] Silva G.M., Pintoda Rocha R.F., Meloda Costa M.P., de Mello Ferreira I.L., Cerqueira Delpech M., Evaluation of Viscometric Properties of Carboxymethylcellulose and Gellan, J. Mol. Liq., 268:201-205 (2018).