محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از دو فرایند دوست‌دار محیط زیست، موفق به تولید نانوذرات سلولزی شدند. از نکات قابل توجه این کار تحقیقاتی، استفاده از الیاف پنبه ضایعاتی برای تولید این نانوذرات است. بدین ترتیب با استفاده از ضایعات صنعت نساجی، نانوذرات ارزشمندی تهیه شده که کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند.
دانشگاه صنعتی امیرکبیر: تولید نانوذرات سلولزی با استفاده از الیاف پنبه ضایعاتی
نانوذرات سلولزی علاوه‌بر زیست تخریب‌پذیری و داشتن قابلیت تجدید و بازیابی، ارزان و سبک بوده و خواص مکانیکی بسیار مطلوبی دارند. از این‌رو، پتانسیل بالایی برای کاربرد در صنایع داروسازی، غذایی، محصولات آرایشی بهداشتی، تولید کاغذ و ساخت کامپوزیت‌ها نشان می‌دهند.
دکتر طیبه فتاحی می‌آبادی، دانش‌آموخته دکتری مهندسی نساجی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، درخصوص برتری روش مورد استفاده در این تحقیق نسبت به روش‌های متداول عنوان کرد: «در این پروژه، با استفاده از فرایند هیدرولیز آنزیمی و نیز عملیات فراصوت، نانوذرات سلولزی با ساختاری کروی از الیاف پنبه ضایعاتی تهیه گردیده است. در اکثر پژوهش‌های صورت گرفته برای تهیه نانوذرات سلولزی، از روش هیدرولیز اسیدی استفاده شده است. این روش مطابق با معیارهای زیست‌محیطی نیست و محصولات جانبی ناخواسته‌ای نیز بر جای می‌گذارد. اما در این کار از روش هیدرولیز آنزیمی استفاده شده که تولید نانوذرات را در شرایط ملایم و بدون مشکلات زیست‌محیطی انجام می‌دهد و نیاز به تجهیزات خاصی ندارد. علاوه بر آن، عملیات فراصوت نیز با یک انرژی کم و در طی مدت زمانی کوتاه استفاده شده که موجب می‌شود تولید نانوذرات سلولزی با این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد.»
نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که در پی فرایند هیدرولیز آنزیمی و عملیات فراصوت، نانوذراتی با اندازه کمتر از ۱۰۰ نانومتر تولید می‌شود. همچنین بر اساس نتایج آزمون های XRD و FTIR، نانوذرات حاصل همانند الیاف اولیه دارای ساختار بلوری سلولز Iβ بوده و درصد بلورینگی آن‌ها تغییر قابل توجهی نکرده است. ساختار بلوری سلولز Iβ یکی از انواع ساختارهای بلوری در منابع سلولزی است که خواص مکانیکی مناسب را سبب می‌شود. از طرفی نانوذرات تولید شده از الگوی تخریب یکسانی در مقایسه با الیاف اولیه برخوردارند.
در تولید این نانوذرات، اجزای مختلف آنزیم سلولاز به زنجیرهای سلولزی متصل شده و شروع به هیدرولیز نواحی کریستالی و آمورف می‌کنند. با ادامه عملیات هیدرولیز، ذراتی با اندازه متوسط ۵۲۰ نانومتر حاصل می‌شود. سپس انرژی فراصوت، الیاف هیدرولیز شده را به نانوذراتی در ابعاد حدود ۷۰ نانومتر تبدیل می‌نماید.
فتاحی به ادامه این تحقیقات و نتایج آن نیز اشاره کرد و افزود: «پس از آماده‌سازی نانوذرات، برای اطمینان از کارایی بالای آن‌ها و قابلیت استفاده در تولید نانوکامپوزیت‌ها، از یک زمینه پلی یورتانی استفاده شد. بدین ترتیب که نانوذرات تولید شده در زمینه پلیمر پلی یورتان قرار گرفتند و خواص نانوکامپوزیت‌های حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله حاکی از این است که این نانوذرات ارزان قیمت، موجب بهبود قابل توجهی در خواص پلیمر پلی یورتان به‌خصوص خواص مکانیکی آن می‌شوند.»
نتایج این کار تحقیقاتی و نحوه تولید این نانوذرات، با عنوان «تولید نانوذرات سلولزی از ضایعات صنعت نساجی» و شماره ۷۴۱۰۸، در اداره ثبت اختراعات به ثبت رسیده است.
همچنین یکی از نتایج این تحقیقات که با تلاش دکتر طیبه فتاحی می‌آبادی، دکتر فاطمه داداشیان و دکتر گیتی میر محمد صادقی-اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و مهندس حمید ابراهیمی زنجانی اصل-کارشناسی ارشد مهندسی نساجی و رئیس مهندسی صنعتی کارخانه فرش سهند- صورت گرفته است، در مجله Powder Technology (جلد ۲۶۱، ماه جولای، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۳۲ تا ۲۴۰) منتشر شده است.
دکتر طیبه فتاحی می‌آبادی، دانش‌آموخته دکتری مهندسی نساجی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، درخصوص برتری روش مورد استفاده در این تحقیق نسبت به روش‌های متداول عنوان کرد: «در این پروژه، با استفاده از فرایند هیدرولیز آنزیمی و نیز عملیات فراصوت، نانوذرات سلولزی با ساختاری کروی از الیاف پنبه ضایعاتی تهیه گردیده است. در اکثر پژوهش‌های صورت گرفته برای تهیه نانوذرات سلولزی، از روش هیدرولیز اسیدی استفاده شده است. این روش مطابق با معیارهای زیست‌محیطی نیست و محصولات جانبی ناخواسته‌ای نیز بر جای می‌گذارد. اما در این کار از روش هیدرولیز آنزیمی استفاده شده که تولید نانوذرات را در شرایط ملایم و بدون مشکلات زیست‌محیطی انجام می‌دهد و نیاز به تجهیزات خاصی ندارد. علاوه بر آن، عملیات فراصوت نیز با یک انرژی کم و در طی مدت زمانی کوتاه استفاده شده که موجب می‌شود تولید نانوذرات سلولزی با این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد.»
نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که در پی فرایند هیدرولیز آنزیمی و عملیات فراصوت، نانوذراتی با اندازه کمتر از ۱۰۰ نانومتر تولید می‌شود. همچنین بر اساس نتایج آزمون های XRD و FTIR، نانوذرات حاصل همانند الیاف اولیه دارای ساختار بلوری سلولز Iβ بوده و درصد بلورینگی آن‌ها تغییر قابل توجهی نکرده است. ساختار بلوری سلولز Iβ یکی از انواع ساختارهای بلوری در منابع سلولزی است که خواص مکانیکی مناسب را سبب می‌شود. از طرفی نانوذرات تولید شده از الگوی تخریب یکسانی در مقایسه با الیاف اولیه برخوردارند.
در تولید این نانوذرات، اجزای مختلف آنزیم سلولاز به زنجیرهای سلولزی متصل شده و شروع به هیدرولیز نواحی کریستالی و آمورف می‌کنند. با ادامه عملیات هیدرولیز، ذراتی با اندازه متوسط ۵۲۰ نانومتر حاصل می‌شود. سپس انرژی فراصوت، الیاف هیدرولیز شده را به نانوذراتی در ابعاد حدود ۷۰ نانومتر تبدیل می‌نماید.
فتاحی به ادامه این تحقیقات و نتایج آن نیز اشاره کرد و افزود: «پس از آماده‌سازی نانوذرات، برای اطمینان از کارایی بالای آن‌ها و قابلیت استفاده در تولید نانوکامپوزیت‌ها، از یک زمینه پلی یورتانی استفاده شد. بدین ترتیب که نانوذرات تولید شده در زمینه پلیمر پلی یورتان قرار گرفتند و خواص نانوکامپوزیت‌های حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله حاکی از این است که این نانوذرات ارزان قیمت، موجب بهبود قابل توجهی در خواص پلیمر پلی یورتان به‌خصوص خواص مکانیکی آن می‌شوند.»
نتایج این کار تحقیقاتی و نحوه تولید این نانوذرات، با عنوان «تولید نانوذرات سلولزی از ضایعات صنعت نساجی» و شماره ۷۴۱۰۸، در اداره ثبت اختراعات به ثبت رسیده است.
همچنین یکی از نتایج این تحقیقات که با تلاش دکتر طیبه فتاحی می‌آبادی، دکتر فاطمه داداشیان و دکتر گیتی میر محمد صادقی-اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و مهندس حمید ابراهیمی زنجانی اصل-کارشناسی ارشد مهندسی نساجی و رئیس مهندسی صنعتی کارخانه فرش سهند- صورت گرفته است، در مجله Powder Technology (جلد ۲۶۱، ماه جولای، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۳۲ تا ۲۴۰) منتشر شده است.
