ساخت کامپوزیت هیدروژل بر پایه کربوکسی متیل سلولز اصلاح شده حرارتی و نانوزئولیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم وصنایع چوب، دانشکده کشاوری کرج، دانشگاه تهران.

2 استادیار گروه استادیار علوم و صنایع چوب و کاغذ گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا دانشگاه شهید بهشتی

3 دانشیار علوم و صنایع چوب و کاغذ گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا دانشگاه شهید بهشتی

4 عضو هیئت علمی گروه پالایش زیستی- دانشکده مهندسی و فناوری های نوین دانشگاه شهید بهشتی

5 دانشگاه تهران

6 استادیار علوم و صنایع چوب و کاغذ گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا دانشگاه شهید بهشتی

10.22034/ijwp.2023.1971301.1573

چکیده

این تحقیق با هدف تولید ابرجاذب بر پایه منابع زیست پایه و با حداقل استفاده از مواد پلیمری و اتصال دهنده‌های عرضی انجام شد. بدین منظور، از نانوزئولیت بعنوان یک ماده معدنی با پتانسیل بالا در ساخت کامپوزیت نانوهیبریدی آلی- معدنی سازگار با محیط زیست، مقاوم، قابل دسترس، جاذب و مقرون به صرفه در مقادیر کم اتصال دهنده و مواد پلیمری استفاده شد تا بعنوان جایگزین مناسبی برای هیدروژل سنتری در نظرگرفته شود. در مراحل آزمایشی این تحقیق پودر اصلاح شده کربوکسی متیل سلولز به روش تیمار حرارتی در فاز اول این پژوهش و همچنین پودر اصلاح نشده (نمونه شاهد) به‌طور مجزا بصورت ترکیب شده و سپس محلول نانوزئولیت و هیدروکسی اتیل سلولز با نسبت 3:1 و اتصال دهنده عرضی سیتریک اسید اضافه شد. پس از آن، نمونه‌ها بصورت فیلم‌های نازک بر روی پتری‌دیش تهیه گردید. نمونه‌های تولید شده تحت آزمون‌های سانتریفیوژ، جذب تحت بار، تغییر شکل و اندازه‌گیری زمان تورم قرار گرفته و ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که به طور کلی ترکیب نانوزئولیت با کربوکسی متیل سلولز اصلاح شده به روش حرارتی باعث افزایش میزان ظرفیت جذب آزاد و تحت فشار، حساسیت یونی و افزایش سرعت جذب هیدروژل تولیدی شد. همچنین، انجام اصلاح حرارتی با موفقیت توانست نیاز به مصرف اتصال دهنده عرضی را کاهش داده بطوریکه این ترکیب از هیدروژل در آزمون‌های سانتریفیوژ ،حساسیت یونی و AUL، دارای بیشترین میزان جذب و در آزمون زمان تورم دارای بهترین مقدار بود. از سوی دیگر، افزودن نانو زئولیت باعث افزایش میزان جذب محلول در نمونه‌های در غیاب هیدروکسی اتیل سلولز شد در حالیکه در حضور هیدروکسی اتیل سلولز، سرعت جذب و استحکام بالاتر بود.

کلیدواژه‌ها


[1] Motie, N., Jonoobi,M., Faezipour,M.M., Mahboobian, M.M. and Borzacchiello,A., 2018. Nanocellulose based biohydrogel: preparation and characterization of some properties. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, Vol. 9, No. 4. (In Persian).
[2] Jonoobi, M., Moradpour,M. and Tofangchi Kalle basti, A.A., 2020. Investigation of releasing mechanism of silver nitrate in the nanocellulose based hydrogel pad for burn healing. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, Vol. 9, No. 4. (In Persian).
[3] Zohuriaan-Mehr M. J. and Kabiri K.,2008. Iran Polym J, 17 (6),447- 451.
[4] Vosuoghi Sh., Hojati S.M. and Kasraian A., 2017. Preparation and Study on Properties of Superabsorbent Hydrogel Composite of Acrylamide-Acrylic Acid and Zeolite in Agricultural Uses, JIPST, No. 5, pp. 391-404.
[5] Silva J. M., Barud H. S., Meneguin A. B., Constantino V. R. and Ribeiro S. J., 2019. Inorganic-organic bio-nanocomposite films based on Laponite and Cellulose Nanofibers (CNF). Appl. Clay Sci., 168, 428-435.
[6] Ross P., Mayer R. and BenzimanM.,1991. Cellulose biosynthesis and function in bacteria. Microbiol. Rev. 55 (1), 35-58.
[7] Silva J. M., Maturi F. E., Barud H. S., Constantino V. R. and Ribeiro S. J.,2018. New organic-inorganic hybrid composites based on cellulose nanofibers and modified Laponite. Adv. Opt. Technol., 7(5), 327-334.
[8] Karchoubi, F. and Pahlevani, H.,2019. A review on Nanocomposite Hydrogels: Rheology, Morphology, and Applications. J. Chemical-Polymer Engineering, 3(3), 3-38.
[9] Hassani M., Yadollahi Maghsoudlou M. and Namazi H.,2014. Nanocomposite Hydrogels, Their Characteristics and Uses, INIC, https://paper.nano.ir/1/3408.
[10] Askari F., Ramezani O., Rasooly E., Garmaroody S. R. P. and Mohammadkazemi F.,2016. An Environmentally- friendly Approach for Producing a Bio-superabsorbent based on Carboxymethyl Cellulose. Environmental Sciences, 14(1), 125-136.
[11] Athawale V.D. and Lele V.,2001. Recent trends in hydrogels based on starch-graft-acrylic acid: A review, Starch/Starke, 3, 7-13.
[12] Bendahou D., Bendahou A., Seantier B., Grohens Y. and Kaddami H.,2015. Nano-fibrillated cellulose-zeolites based new hybrid composites aerogels with super thermal insulating properties. Ind. Crops Prod., 65:374-82.
[13] Marcì G., Mele G., Palmisano L., Pulito P. and Sannino A., 2006. Environmentally sustainable production of cellulose-based superabsorbent hydrogels, Green Chem, 8(5):439-44.
[14] Andrade JD.,1976. Hydrogels for medical and related applications, ACS Symp. Series, 31, American Chemical Society, Washington DC, 1.
[15] Astrini N., Anaha L. and Haryono A.,2012. Crosslinking Parameter on the Preparation of Cellulose BasedHydrogel with Divynilsulfone. Procedia Chemistry 4, 275 – 281.
[16] Elliott E.S., inventor; Hercules Inc, assignee.1953. Heat-treated alkali-metal carboxymethyl cellulose and process of preparing it. United States patent US 2,639,239, May 19.
[17] Omidian H., Hashemi SA., Sammes PG. and Meldrum, I.,1999. Modified acrylic-based superabsorbent polymers (dependence on particle size and salinity)., Polymer., 40, 1753-171.
[18] Liu M., Qi X., Chen Z. and Zhang F.,2008. Study of the swelling kinetics of superabsorbent using open circuit potential measurement, Eur Polym J, 44,743-754.
[19] Bao Y., Ma J. and Li N., 2011. Synthesis and swelling behaviors of sodium carboxymethyl cellulose-g-poly (AA-co-AM-co-AMPS)/MMT superabsorbent hydrogel. Carbohydr. Polym., 84(1), 76-82.
[20] Fukuzumi, H., Saito, T., Iwata, T., Kumamoto, Y. and Isogai, A. 2009. Transparent and high gas barrier films of cellulose nanofibers prepared by TEMPO-mediatedoxidation. Biomacromolecules, 10, 162–165.