تبدیل زیست توده لیگنوسلولوزی باگاس به هیدروژل

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی 115-14965

2 تهران، دانشگاه تهران، دانشکده علوم پایه، صندوق پستی 6455-14155

چکیده

 در سال­ های اخیر هدف اصلی توسعه سامانه­ های ­هیدروژل­ های جدید، تلاش برای تبدیل زیست­ توده به هیدروژل هیبریدی ­دوست­دار محیط­ زیست بوده ­است. هیدروژل­ های هیبریدی معمولاً از کوپلیمرشدن پیوندی مونومرهای آکریلی روی پلیمر طبیعی یا زیست­ توده به ­دست می ­آیند. در این پژوهش، از زیست­ توده باگاس بدون نیاز به مرحله لیگنین ­زدایی (به ­عنوان مرحله­ ای پرهزینه و زمان­ بر) برای تبدیل به هیدروژل جاذب استفاده شد. زیست­ توده باگاس به ­عنوان منبع پلی­ ساکارید، به ­وسیله میکروژل­ های پلیمری برپایه مونومرهای آکریلی مانند آکریلیک اسید، آکریل آمید و 2-آکریل آمیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید اصلاح شد که از فرایند پلیمرشدن امولسیونی وارون تهیه شدند. این فرایند سبب تبدیل زیست­ تـوده کم­ ارزش به هیدروژل ارزشمند نیمه­ سنتزی می­ شود. اثر نوع لاتکس، نسبت فاز آبی به آلی در لاتکس پلیمری، زمان و دمای واکنش اصلاح روی ظرفیت تورم هیدروژل هیبریدی بررسی شد. واکنش شیمیایی بین باگاس و لاتکس آکریلی با گرمادهی انجام شد که موجب به ­دست آمدن هیدروژل نیمه­ سنتزی با 60% جزء طبیعی و %40 جزء سنتزی شد. از لاتکس­ های استفاده شده با ساختار­های مختلف، پلی(AA-NaAA-AM-AMPS) مناسب­ ترین لاتکس پلیمری برای تبدیل باگاس به هیدروژل است. باگاس اصلاح شده با این لاتکس دارای مقدار جذب آب تا 112g/g است، درحالی که مقدار جذب آب باگاس اصلاح نشده اولیه، فقط 3.6g/g است. هیدروژل ­های هیبریدی تولید شده با استفاده از روش­ های شناسایی مانند طیف­ سنجی زیرقرمز، آزمون گرمایی دینامیکی-مکانیکی، آزمون گرماوزن ­سنجی، میکروسکوپی الکترونی پویشی و اندازه ­گیری مقدار تورم بررسی و شناسایی شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Conversion of Lignocellulosic Bagasse Biomass into Hydrogel

نویسندگان [English]

  • Farzaneh Amiri 1
  • Alireza Sabzevari 1
  • Kourosh Kabiri 1
  • Hossein Bouhendi 1
  • Mohsen Siahkamari 2
1 Department of Adhesive and Resin, Faculty of Polymer Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
2 Department of Science, Tehran University, P.O. Box: 14155-6455, Tehran, Iran
چکیده [English]

In recent years, the main objective of developing new hydrogel systems has been to convert biomass into environmentally-friendly hydrogels. Hybrid hydrogels are usually prepared by graft copolymerization of acrylic monomers onto natural polymers or biomass. In this study, sugarcane bagasse was used to prepare semi-synthetic hybrid hydrogels without delignification, which is a costly and timeconsuming process. Sugarcane bagasse as a source of polysaccharide was modified using polymer microgels based on acrylic monomers such as acrylic acid, acrylamide and 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid which were prepared through inverse emulsion polymerization. By this process, biomass as a low-value by-product was converted into a valuable semi-synthetic hydrogel. In the following, the effect of latex type¸ the aqueous-to-organic phase ratio in the polymer latex, time and temperature of modification reaction on the swelling capacity of the hybrid hydrogel were evaluated. The chemical reaction between sugarcane bagasse and acrylic latex was carried out during heating of the modified bagasse which led to obtain a semisynthetic hydrogel with 60% natural components and 40% synthetic components. Among the latexes with different structures, poly(AA-NaAA-AM-AMPS) was the most suitable polymer latex for the conversion of biomass into hydrogel. The bagasse modified with this latex had a water absorption capacity up to 112 g/g, while the water absorption capacity of primary sugarcane bagasse was only equal to 3.6 g/g. The prepared polymer hydrogels were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA), thermal gravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and determination of the amount of swelling capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogel
  • inverse emulsion polymerization
  • biomass
  • absorbing polymer
  • bagasse