بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی
Wednesday, 26 June , 2024
امروز : چهارشنبه, ۶ تیر , ۱۴۰۳
امروز : چهارشنبه, ۶ تیر , ۱۴۰۳
آخرین اخبار »
شناسه خبر : 19670
پرینتخانه » مقالات
تاریخ انتشار : 04 ژوئن 2024 - 3:30 | 16 بازدید | ارسال توسط : riazat
پایداری | متن کامل رایگان | مطالعه تطبیقی پیش تیمارها بر روی فیبر نارگیل برای جداسازی موثر فراکسیون لیگنوسلولزی
۳٫۱٫ شرایط قبل از درمان غلظت لیگنین استخراج‌شده در فیلترها از روش‌های پیش تیمار شده به‌عنوان معیار اصلی برای مقایسه عملکرد روش‌های مختلف و تعیین بهترین شرایط در بین همه آزمایش‌شده‌ها برای به دست آوردن خمیر غنی از سلولز استفاده شد. ظرفیت جداسازی بالا به کارایی پیش تیمار در برهم زدن کمپلکس لیگنین-کربوهیدرات با شکافتن […]
۳٫۱٫ شرایط قبل از درمان
غلظت لیگنین استخراج‌شده در فیلترها از روش‌های پیش تیمار شده به‌عنوان معیار اصلی برای مقایسه عملکرد روش‌های مختلف و تعیین بهترین شرایط در بین همه آزمایش‌شده‌ها برای به دست آوردن خمیر غنی از سلولز استفاده شد. ظرفیت جداسازی بالا به کارایی پیش تیمار در برهم زدن کمپلکس لیگنین-کربوهیدرات با شکافتن پیوندهای آریل اتر و حل شدن لیگنین مربوط می شود که دسترسی سلولز را افزایش می دهد. از این نظر، به حداکثر رساندن حذف لیگنین در مرحله پیش تیمار برای به دست آوردن فراکسیون های سلولزی با بازده و خلوص بالا برای سنتز مشتقات مختلف، مانند متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل- متیل سلولز ضروری است. [۴۹]. علاوه بر این، لیگنین بازیافت شده از پیش تصفیه نیز می تواند به عنوان ماده زیستی در چندین کاربرد مانند پلیمرهای زیستی و تولید سوخت زیستی مورد بهره برداری قرار گیرد. [۵۰].
نمونه‌های CFS که تحت پیش تیمارهای مختلف قرار گرفتند، غلظت متغیر لیگنین محلول‌شده در مشروبات الکلی را مطابق با روش بکار گرفته شده و شرایط فرآوری نشان دادند، همانطور که در نشان داده شده است. میز ۱.
کل لیگنین بازیافت شده از مشروبات پیش تیمار شده به عنوان مجموع بخش های SL و IL محاسبه شد، که در آن SL به بخش کوچکی اشاره دارد که به شکل های مونومر هیدرولیز می شود، و بخش های نامحلول آن بخش متراکم است که به طور کلی بیشتر قسمت های آن را تشکیل می دهد. لیگنین در بافت های گیاهی با این حال، این مطالعه مشاهده کرد که بخش محلول لیگنین برای نمونه های به دست آمده از اتوهیدرولیز در دمای ۱۸۵ درجه سانتی گراد به مدت ۲۰ و ۳۰ دقیقه و در دمای ۱۹۵ درجه سانتی گراد برای ۲۰، ۲۵ و ۳۰ دقیقه و از استخراج قلیایی با ۰٫۲۵ بیشتر از بخش های IL بود. M NaOH به مدت ۲ ساعت. این نتیجه اهمیت کمی کردن هر دو بخش را برجسته می کند و نشان می دهد که تیمارهای ارزیابی شده ممکن است الیگومرهای مشتق شده از فنلی محلول با مقادیر کم ساختارهای متراکم تولید کنند. [۵۱].
برای پیش تیمار اتوهیدرولیز، مشاهده شد که غلظت لیگنین با دما و زمان افزایش یافت و به حداکثر غلظت لیگنین کل ۱٫۸۶ گرم در لیتر در ۱۹۵ درجه سانتیگراد در ۲۵ دقیقه و ۱٫۸۴ گرم در لیتر در ۱۸۵ درجه سانتیگراد در ۳۰ دقیقه رسید. با این وجود، پیش تیمار در دمای ۱۹۵ درجه سانتی گراد به مدت ۲۰ دقیقه (۱٫۸۰ گرم در لیتر TL) به عنوان شرط اصلی برای آزمایش های بیشتر انتخاب شد زیرا نتایج قابل مقایسه با ۲۵ دقیقه و ۳۰ دقیقه را تولید کرد. افزایش زمان پیش تصفیه به معنای مصرف انرژی اضافی برای عملکرد مشابه است و شرایط انتخابی را در بین همه آزمایش‌شده‌ها راحت‌ترین و قابل دوام‌ترین شرایط می‌سازد.
برای پیش تیمار قلیایی، غلظت لیگنین محلول، نامحلول و کل لیگنین با افزایش غلظت حلال قلیایی و زمان واکنش افزایش یافت. همانطور که در نشان داده شده است میز ۱غلظت لیگنین تا حد زیادی تحت تاثیر زمان واکنش قرار گرفت که تقریباً از ۱ تا ۲ ساعت دو برابر شد و به حداکثر استخراج ۱۰٫۴۱ گرم در لیتر و ۹٫۷۱ گرم در لیتر در ۲ ساعت با استفاده از ۰٫۷۵ و ۰٫۵ مولار NaOH رسید. هنگامی که تفاوت در غلظت TL بین این دو شرایط برجسته تنها ۶٫۷٪ بود، مناسب ترین ترکیب پارامترها برای دمای ملایم ۵۵ درجه سانتیگراد شامل استفاده از غلظت NaOH 0.50 مولار به مدت ۲ ساعت بود. استفاده اضافی از معرف قلیایی از نظر شدت درمان سودمند نخواهد بود.
با توجه به پیش تیمار ارگانوسولو، استفاده از کاتالیزور به طور قابل توجهی بر فرآیند تأثیر گذاشت و محتوای لیگنین را حداقل سه برابر بیشتر از فرآیند غیر کاتالیز شده مربوطه به دست آورد.میز ۱). غلظت لیگنین نیز با گذشت زمان افزایش یافت و حداکثر در ۳ و ۴ ساعت به دست آمد. با این وجود، با توجه به معیارهای اثربخشی و شدت تیمار، شرایط استخراج ۲ ساعته به عنوان یک روش پیش تصفیه مناسب انتخاب شد، زیرا راندمان استخراج بالایی را نشان داد اما به زمان فرآیند و مصرف انرژی کمتری نیاز داشت. اگرچه پیش تیمار organosolv با کاتالیز قلیایی به مدت ۳ ساعت و ۴ ساعت ظرفیت استخراج برتری را نشان داد، غلظت لیگنین به‌دست‌آمده در این شرایط به اندازه کافی بالا نبود که انجام فرآیند را برای ۱ یا ۲ ساعت اضافی در دمای ۱۸۵ درجه سانتیگراد توجیه کند. بنابراین، شدت پیش تیمار متوسط ترجیح داده شد.
بر اساس نتایج، دریافته شد که افزایش دما و زمان تاثیر زیادی بر بهبود استخراج لیگنین دارد. از سوی دیگر، دوره های بسیار طولانی یا دمای بیش از حد می تواند باعث رکود یا کاهش بازده استخراج شود. در مطالعه سوجاتا و همکاران. [۵۲]در طول پیش تیمار قلیایی الیاف نارگیل، بیشترین استخراج لیگنین در ۱۲۰ دقیقه (۳۲۰ میلی گرم در میلی لیتر) مشاهده شد. در همین حال، در ۳۰ دقیقه و ۱۵۰ دقیقه، استخراج لیگنین به ترتیب ۲۷۵ میلی گرم در میلی لیتر و ۳۱۵ میلی گرم در میلی لیتر تولید کرد. نویسندگان کاهش راندمان استخراج را به تخریب لیگنین هنگام قرار گرفتن در معرض دما و حرارت بالا برای دوره های طولانی نسبت دادند. Avelino و همکاران [۳۵] در غیر این صورت تغییرات قابل توجهی در عملکرد لیگنین هنگام تغییر زمان از ۲۰ تا ۳۰ دقیقه مشاهده نشد. با این حال، هنگامی که کاتالیزور اضافه شد، بهبودی در عملکرد حلال مشاهده شد که منجر به بازده لیگنین ۵۶٫۶٪، ۵۴٫۴٪ و ۵۳٫۹٪ برای H شد.۲بنابراین۴، HCl و AlCl3، به ترتیب.
ابراهیمی و همکاران [۵۳] غلظت لیگنین الیاف نارگیل را تعیین کرد در طبیعت با استفاده از روش کلاسون، ۲٫۵۱ گرم در لیتر لیگنین کل گزارش شد که ۲٫۲۱۲ گرم در لیتر لیگنین نامحلول و ۰٫۲۹۴ گرم در لیتر لیگنین محلول بود. برای الیاف نارگیل تیمار شده با فرآیند ارگانوسولوی مبتنی بر گلیسرول اسیدی شده آبی در دمای ۱۳۰ درجه سانتی گراد، بازده لیگنین کل ۲٫۴۲ گرم در لیتر، ۲٫۲۴ گرم در لیتر و ۲٫۲۳ گرم در لیتر با ۱۵ دقیقه، ۳۰ دقیقه و ۶۰ دقیقه به دست آمد. درمان به ترتیب. برای فرآیند organosolv مبتنی بر گلیسرول آبی تحت شرایط مشابه، غلظت‌ها به ترتیب ۲٫۴۲ گرم در لیتر، ۲٫۳۰ گرم در لیتر و ۲٫۲۱ گرم در لیتر بود. می‌توان نتیجه گرفت که دماهای پایین و زمان‌های استخراج کوتاه‌تر، جداسازی کارآمدی را فراهم نمی‌کنند، همانطور که هنگام مقایسه این نتایج با غلظت لیگنین استخراج‌شده با استفاده از فرآیند organosolv شرح‌داده‌شده در این مطالعه مشاهده شد.میز ۱).
با توجه به فرآیند قلیایی، Gonçalves و همکاران. [۵۴] الیاف نارگیل پیش تیمار شده در دمای ۱۶۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰ دقیقه با غلظت NaOH از ۰٫۴۴ M تا ۱٫۶ M. L به ترتیب. شرایط آزمایش شده [۵۴] نتایجی مشابه نتایج به دست آمده در مطالعه حاضر (۹٫۷۱ گرم در لیتر) تحت کارآمدترین شرایط ۰٫۵ مولار NaOH در دمای ۵۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲ ساعت ارائه کرد.
شکافی در ادبیات تجزیه و تحلیل غلظت لیگنین کل در فیبر نارگیل تحت درمان با اتوهیدرولیز وجود دارد. با این حال، اوزیورک و ون هاینینگن [۵۵] آزمایشات خود هیدرولیز را برای پیش تیمار کاه گندم در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰۰ دقیقه انجام داد. نتایج غلظت های گرم در هر ۱۰۰ گرم کاه ۰٫۳۹ SL، ۰٫۹۴ IL، و ۱٫۳۳ TL را نشان داد. در همین مطالعه، پیش تیمار اتوهیدرولیز با غلظت‌های مختلف اسید فرمیک (۲ گرم در لیتر، ۵ گرم در لیتر، ۱۰ گرم در لیتر و ۱۵ گرم در لیتر) غلظت لیگنین کل ۶۶/۱، ۵۱/۱، ۵۳/۱ و ۶۰/۱ گرم را ارائه کرد. /۱۰۰ گرم کاه به ترتیب. این نتایج نشان‌دهنده شباهت‌ها در پیشرفت شرایط تجربی است، که منجر به مقادیر لیگنین کل می‌شود که به طور مداوم نزدیک بودند، همانطور که در نتایج گزارش شده نیز مشاهده شد. میز ۱.
۳٫۲٫ خصوصیات شیمیایی
نمونه های تیمار شده از هر تیمار انجام شده در شرایط فرآوری انتخاب شده از نظر محتوای شیمیایی برای مقایسه کارایی درمان مشخص شدند. همانطور که انتظار می رفت، تمام الیاف تیمار شده در مقایسه با زیست توده خام، محتوای لیگنین و همی سلولز کمتری را نشان دادند که از به در طبیعت > autohydrolysis ≈ قلیایی > organosolv. شایان ذکر است که اگرچه پیش تیمار قلیایی ظرفیت استخراج لیگنین بالاتری نسبت به اتوهیدرولیز فراهم کرده است.میز ۱، درصد قابل مقایسه لیگنین باقی مانده در یک جامد سلولزی به دلیل محاسبه با تفاوت با توجه به محتوای تعیین شده سلولز و لیگنین است.
نشان داده شده است که فرآیند organosolv از نظر حذف کل لیگنین و بازیابی سلولز بالا برتر است، که به ظرفیت انتخابی برای تعامل با پیوندهای لیگنوسلولزی، ترویج قطعه قطعه شدن بیشتر (تقویت شده توسط کاتالیز قلیایی) و انحلال لیگنین فیبر نارگیل نسبت داده شده است. حلال [۵۶]. از طرف دیگر، مقدار لیگنین باقیمانده در خمیر از قلیایی و اتوهیدرولیز، انتخاب پذیری کمتر آنها را برای تعامل با گروه های هیدروکسیل لیگنین نشان می دهد. با توجه به تجزیه و تحلیل مشروبات الکلی با استفاده از US-Vis اسپکتروفتومتر، همچنین می توان مشاهده کرد که organosolv کارایی بیشتری در به دست آوردن لیگنین محلول دارد، که نشان می دهد سیستم اتانول / آب از قطعات لیگنین از واکنش های تراکم ثانویه محافظت می کند. لیگنین بسیار متراکم معمولاً خلوص پایینی دارد که کاربرد آن را تا حد زیادی محدود می کند.
با توجه به غلظت هولوسلولز در نمونه های نارگیل، بازده بالاتری در فیبر پیش تیمار شده مشاهده شد که از ارگانوسولو > اتوهیدرولیز > قلیایی افزایش یافت. افزایش قابل توجه محتوای کربوهیدرات در فیبر عمدتاً ناشی از پلیمریزاسیون و حلالیت لیگنین است که با غلظت لیگنین در مشروبات و حذف مواد استخراجی مشهود است. غلظت بالاتر آلفا سلولز (organosolv > قلیایی > اتوهیدرولیز) در بخش هولوسلولز را می توان به حذف همی سلولز و سایر اجزای غیر سلولزی نسبت داد که منجر به ساختار آلفا سلولزی در معرض بیشتر می شود.
به طور کلی، مشاهده شد که همه پیش تیمارها ظرفیت مشابهی در حذف همی سلولز نشان دادند، در حالی که بیشترین تفاوت بین آنها در هنگام حذف لیگنین مشاهده شد. بازده خمیر غنی از سلولز بازیابی با شدت شرایط به کار گرفته شده در پیش تیمار افزایش می یابد. فرآیند organosolv کاتالیز شده با قلیایی با استفاده از ۱۸۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲ ساعت منجر به الیاف با محتوای سلولز ۱۲ درصد بیشتر از استخراج قلیایی (غیر کاتالیز شده در دمای ۵۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲ ساعت) و ۱۳ درصد بیشتر از خمیر اتوهیدرولیز (غیر-غیر) شد. کاتالیز در دمای ۱۸۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲۰ دقیقه). در مقایسه با در طبیعت نمونه، این افزایش ۲۸ درصد بیشتر بود.
فیبر بازیافت شده از استخراج قلیایی دارای بازده سلولزی ۱۸ درصد برتر از CF تیمار نشده و ۳ درصد بیشتر از آن به دست آمده با اتوهیدرولیز است که ۱۷ درصد سلولز بیشتری نسبت به بیومس خام داشت. این یافته ها اهمیت شرایط پیش تصفیه را در به دست آوردن مواد با ترکیبات شیمیایی مختلف به ویژه از نظر محتوای سلولز نشان می دهد. تجزیه و تحلیل خصوصیات شیمیایی لیگنوسلولزی، ارگانوسولو را، در میان پیش تیمارهای آزمایش شده، به عنوان موثرترین برای از بین بردن یا ایجاد کاهش زیادی در مقاومت ایجاد شده توسط همی سلولزها و لیگنین در فرآیند یک گلدانی برجسته کرد.
که در جدول ۲سطوح هولوسلولز، آلفا سلولز، همی سلولزها و لیگنین موجود در نمونه های این کار با نتایج سایر مطالعات مقایسه شده است که هر دو را گزارش می کنند. در طبیعت و الیاف درمان شده نتایج مقادیر متفاوت اما دامنه ها و الگوهای مشابهی را نشان می دهند. این واگرایی به عوامل متعددی مانند تنوع در ژنتیک گیاهان، کشت و شرایط آب و هوایی و سایر تأثیرات محیطی و همچنین روش‌های مورد استفاده برای تعیین ترکیب شیمیایی (با یا بدون در نظر گرفتن وجود رطوبت و رطوبت) نسبت داده می‌شود. مواد استخراجی) و شرایط پیش تصفیه بکار گرفته شده.
۳٫۳٫ تجزیه و تحلیل FT-IR
همانطور که قبلاً بحث شد، ساختار اصلی الیاف نارگیل شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین است که عمدتاً از گروه‌های آلی عملکردی مختلف مانند معطر، کتون‌ها، الکل‌ها و غیره تشکیل شده‌اند. [۶۷]. تکنیک غیر مخرب طیف‌سنجی FT-IR برای توصیف ساختار شیمیایی نمونه‌های پیش تیمار شده و خام مورد استفاده قرار گرفت. پیک جذب FT-IR در طول موج‌های خاص می‌تواند تغییرات در محتوای شیمیایی و مشخصات ناشی از پیش تیمارها را منعکس کند و امکان شناسایی شباهت‌ها و تفاوت‌های عمده بین نمونه‌های به‌دست‌آمده با استفاده از فرآیندهای استخراج مختلف را فراهم کند.
در این تجزیه و تحلیل، گروه های عاملی با توجه به داده های ادبیات با مرتبط کردن هر باند مشخصه طیف با گروه عاملی مربوطه شناسایی شدند. طیف FT-IR که مهمترین باندها را برجسته می کند در نمایش داده می شود شکل ۲و مرتبط ترین گروه ها در هر نمونه از پیش تیمار شده در نشان داده شده است جدول ۳. طیف ها را می توان در دو ناحیه اصلی تجزیه و تحلیل کرد: نوارهایی در محدوده ۳۶۰۰-۲۸۰۰ سانتی متر-۱ و نوارهایی که در ۱۸۰۰-۸۰۰ سانتی متر ظاهر شدند-۱ (منطقه اثر انگشت).
قله های پهن در ۳۶۰۰-۳۰۰۰ سانتی متر است-۱ مربوط به کشش بین مولکولی و درون مولکولی OH (پیوندهای هیدروژنی) است که به دلیل محتوای الکل، فنل ها و اسیدهای کربوکسیلیک است که در هر سه ماکرومولکول، یعنی سلولز، همی سلولز و لیگنین وجود دارد. [۶۸,۶۹,۷۰]. نوارهای تیزتر و ضعیف تر در محدوده ۳۰۰۰ تا ۲۷۵۰ سانتی متر است-۱ به ارتعاشات کششی متقارن و نامتقارن C-H در CH، CH اختصاص داده شده است.۲، و CH3 گروه‌ها، و عمدتاً به متیلن و متیل گروه نسبت داده می‌شوند که در بخش‌های لیگنین و کربوهیدرات‌ها نیز وجود دارند. [۵۳,۵۴]. قله های پهن در نوارهای ۳۳۳۲-۳۳۳۰ سانتی متر-۱ وجود سلولز در تمام نمونه ها را تایید می کند. با این حال، اوج شدت کمتر در ۳۳۳۲ سانتی متر است-۱ برای نمونه های تیمار شده نشان دهنده یک اختلال جزئی در پیوندهای OH در سلولز است [۷۱].
ارتعاشات در حدود ۲۹۰۰ سانتی متر-۱ نشان دهنده CH در پلی ساکاریدها و ساختار فنیل پروپان است که برای همه نمونه ها مشاهده می شود. قله ها در ۲۹۳۸ و ۲۸۴۵ سانتی متر هستند-۱ به ارتعاشات کششی CH همی سلولز و لیگنین اختصاص داده می شوند و پیک کمتر تیز در نمونه های ارگانوسولو نشان دهنده کاهش غلظت همی سلولز و لیگنین است. [۷۲].
در ناحیه اثر انگشت، باندهای ۱۴۳۰، ۱۳۷۲ و ۱۳۳۶ سانتی متر-۱ به دلیل خمش CH مشخصه سلولز هستند۲ (باند کریستالی)، پیوند CH و خمش در صفحه OH (بی شکل) و قله در ۱۳۱۷ سانتی متر-۱ CH را منعکس می کند۲ تکان دادن سلولز کریستالی [۷۳]. باندها در ۱۴۳۰، ۱۳۷۳، ۱۳۳۷، ۱۳۱۹، ۱۱۶۱، ۱۱۰۷، ۱۰۵۸ و ۱۰۳۲ سانتی متر-۱ مربوط به جذب گروه C1، کشش نامتقارن حلقه، کشش نامتقارن COC و CH است.۲ ارتعاش خمشی متقارن در سلولز بومی سپس پیک های کم شدت تغییر در ساختار کریستالی سلولز و افزایش محتوای سلولز آمورف را منعکس می کنند. [۷۴,۷۵]. در ۱۰۳۰ سانتی متر-۱مشاهده می شود که تمامی نمونه ها دارای پیک قابل توجه اما با شدت کم برای خمیر حلال ارگانوسولو هستند که می تواند به تغییر ساختار الیاف ناشی از این تیمار مربوط باشد. [۷۳,۷۶].
تجزیه و تحلیل خلوص سلولز در خمیرها نیز می تواند با مقایسه باندهای خاص که در آن جذب اجزای لیگنوسلولزی با هم همپوشانی ندارد، ارائه شود. باند در ۱۷۱۸ سانتی متر-۱ مربوط به وجود مواد استخراجی است و افت جزئی در تمام نمونه های تیمار شده مشاهده می شود. نوارها در ۱۷۴۰-۱۷۳۰ سانتی متر-۱ با گروه‌های کربوکسیل، کتون، کربونیل و استیل در همی سلولز همبستگی دارد و برای نمونه‌های خام یک اوج مشاهده می‌شود. [۷۱].
نوارها نزدیک به ۱۶۰۰ سانتی متر-۱ از ارتعاشات اسکلتی حلقه آروماتیک C= موجود در لیگنین و COO هستند– کشیده شده از همی سلولز [۶۸,۷۷]. قله ها در ۱۵۹۵، ۱۵۳۰-۱۴۹۰، و ۱۴۶۳ سانتی متر-۱ عمدتاً مربوط به ارتعاشات اسکلتی حلقه آروماتیک C=C و خمش CH در CH است.۲ و CH3 ساختار لیگنین [۷۸]. از دید گسترده تر، می توان به کاهش شدت ارتعاش از ارگانوسولو > قلیایی > اتوهیدرولیز > بدون استخراج > اشاره کرد. در طبیعت. بنابراین، شدت یا عدم وجود پیک کمتر نشان‌دهنده کارایی درمان در حذف لیگنین و همی سلولز است که عمدتاً برای نمونه‌های ارگانوسولو مشاهده شد. [۷۳]. این روند نتایج توصیف شیمیایی را تأیید می‌کند، که در آن تیمار ارگانوسولو باعث کاهش همی سلولزها و لیگنین می‌شود، و اتوهیدرولیز و قلیایی کاهش محتوای همی سلولز را افزایش می‌دهد، اما تأثیر کمی بر لایه‌زدایی دارد.
باندها در ۱۲۶۴، ۱۲۴۰ و ۱۲۲۶ سانتی متر-۱ به کشش CO در اسیدهای کربوکسیلیک و کشش نامتقارن زنجیره‌های آرابینوز در همی سلولز و پیوندهای CO، CH و C=O به دلیل استرهای زنجیره‌ای از ویژگی‌های گروه اسید کربوکسیلیک اسید فرولیک از لیگنین نسبت داده می‌شوند. برای organosolv، عدم وجود یا ارتعاشات کوچکتر پیک ها در این باندها مشاهده شد که به عدم وجود یا کاهش لیگنین و همی سلولز نسبت داده می شود. [۷۹]. ارتعاشات نزدیک به ۱۲۰۰ سانتی متر-۱ به COC یا OH-in-plane کربوهیدرات ها نسبت داده می شوند. بنابراین، شدت کمتر نمونه های تیمار شده در مقایسه با در طبیعت CF مربوط به حذف همی سلولز است [۷۴].
به طور خلاصه، تجزیه و تحلیل FT-IR نشان داد که همه نمونه‌ها پیک‌هایی را در باندهای مشخصه هر جزء لیگنوسلولزی نشان دادند اما برای برخی از آنها شدت‌های متفاوتی را ارائه کردند. این یافته وجود سلولز، همی سلولز و لیگنین را تایید می کند و نشان می دهد که پیش تیمارها منجر به تغییرات کم و بیش در محتوای شیمیایی CFS شده است. مشاهدات مهم دیگر این است که الیاف نارگیل خام، الیاف نارگیل استخراج شده با سوکسله و نمونه های الیاف نارگیل استخراج شده با قلیایی در مقایسه با organosolv الگوی کمی متفاوت دارند. با توجه به افشا شده، این تفاوت را می توان با دو عامل توضیح داد: کارایی بالای ارگانوسولو در حذف همی سلولز و لیگنین (که با درصدهای نمایش داده شده در جدول ۲و ارگانوسولو در شرایط انجام شده تمایلی به ایجاد تغییرات در ساختار سلولزی نشان داد. با این وجود، این کارایی پیش تیمار را در افزایش محتوا و دسترسی به α-سلولز که در مقایسه با سایر تیمارها افزایش یافته بود، به خطر نینداخت. جدول ۲. همچنین، تخریب جزئی ساختار سلولز می تواند برای کمک به هیدرولیز زیست تبدیل سلولز مفید باشد. [۸۰].
تجزیه و تحلیل کریستالینیتی نمونه ها با استفاده از FT-IR
هنگامی که سلولز در معرض پیش تصفیه قرار می گیرد، پیوندهای هیدروژنی خود را تغییر می دهد و در نتیجه تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی و آرایش ساختاری متشکل از مناطق بی شکل و کریستالی ایجاد می کند. به عنوان مثال، هنگامی که در فرآیند مرسریزاسیون با NaOH درمان می شود، سلولز در مناطق آمورف خود افزایش می یابد و سلولز بومی (سلولز I) تا حدی به سلولز II تبدیل می شود.
تفاوت بین سلولز نوع I و II از سازماندهی و ساختار مولکول ها ناشی می شود. سلولز I، حالت بومی موجود در الیاف گیاهی، دارای مناطق کریستالی بیشتری است و با زنجیره های سلولزی که به صورت موازی مرتب شده اند مشخص می شود. [۳,۸۱]. سلولز II، یک چند شکل متورم از سلولز I، دارای آرایش ضد موازی و افزایش حضور مناطق آمورف است که نشان دهنده فاز غیر بلوری سلولز متشکل از زنجیره های غیر مرتب است. [۳]. با توجه به این ویژگی ها، نوع II از پایداری ترمودینامیکی بالاتری نسبت به سلولز I برخوردار است و تبدیل سلولز I به سلولز II را غیر قابل برگشت می کند. [۸۲].
مشخص کردن نواحی کریستالی و آمورف به ما امکان می دهد تا تغییرات و تأثیر هر پیش تیمار را بر ساختار سلولزی CFS تجسم کنیم. هنگامی که باندهای جذبی مشخصه پیوندها و اجزای لیگنوسلولزی با استفاده از FT-IR شناسایی شدند، همبستگی بین پیک های جذب در طول موج های خاص می تواند به عنوان تکنیکی برای شناسایی و تعیین کمیت تغییرات ایجاد شده در طول درمان مواد سلولزی استفاده شود، زیرا طیف سلولز کریستالی I و فرم های II و آمورف الگوهای متفاوتی را ارائه می دهند [۸۳,۸۴]. از این نظر، شاخص‌های تجربی کریستالینیتی شاخص بلورینگی کل (TCI)، شاخص مرتبه جانبی (LOI) و شدت پیوند هیدروژنی (HBI) را بر اساس جذب در ۱۴۳۰ سانتی‌متر نشان می‌دهند.-۱۱۱۶۲ سانتی متر-۱، ۱۱۱۱ سانتی متر-۱، و ۸۹۳ سانتی متر-۱ برای ردیابی تغییرات در بلورینگی سلولز پیشنهاد شد.
TCI با نسبت جذب در نوارهای ۱۳۷۲ سانتی متری تعیین می شود-۱ و ۲۹۰۰ سانتی متر-۱; اولی نماینده بلورینگی است و دومی با کریستالینیتی همراه نیست [۸۴]. LOI نشان دهنده رابطه بین شدت باند جذب در ۱۴۳۰ سانتی متر است.-۱، مشخصه یک منطقه کریستالی و نوار ۸۹۳ سانتی متر است-۱، نمونه ای از یک منطقه بی شکل است [۸۵]. در مقابل، HBI به نسبت بین باندها ۳۴۰۰ سانتی متر اشاره دارد-۱ و ۱۳۲۰ سانتی متر-۱که مربوط به تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین هیدروکسیل ها در سلولز است، به ویژه در هنگام تبدیل سلولز I به سلولز II، که افزایش آن نشان دهنده کاهش بلورینگی است. [۸۶,۸۷]. به طور کلی، مقادیر بالاتر شاخص‌های TCI و LOI نشان‌دهنده تبلور سلولز بیشتر است و تمایل به نسبت معکوس با HBI دارد. [۸۸,۸۹]. جدول ۳ تخصیص باند برای طیف FT-IR را خلاصه می کند.
جدول ۴ شاخص‌های کریستالینیتی نمونه‌های این مطالعه را ارائه می‌کند. نمونه هایی که در معرض سوکسله و پیش تیمارهای قلیایی، اتوهیدرولیز و ارگانوسولو قرار گرفتند، مقادیر LOI بالاتر از نمونه CF خام را نشان دادند، که نشان می دهد این روش ها تعداد مناطق آمورف را کاهش می دهد. تغییرات مشاهده شده را می توان عمدتاً به حذف مواد استخراجی و کاهش محتوای همی سلولزی و لیگنین (هر دو پلیمرهای آمورف) نسبت داد که ساختارهای کریستالی سلولز را در معرض دید قرار می دهد. این رفتار با نتایج آنالیز FT-IR مشاهده شده ارائه شده در مبحث ۳٫۳٫۱ مربوط به کم یا عدم وجود پیک در باندهای مشخصه لیگنین و همی سلولز تأیید می کند.
طبق کار هایکیری-آکما و یامان [۹۰]، تأثیر پیش تیمارها بر ساختار الیاف مستقیماً با شدت آن مرتبط است. بنابراین، در شرایط تجربی ملایم تر، تنها حذف جزئی لیگنین و همی سلولز وجود دارد که منجر به افزایش نظری در درجه بلورینگی می شود. با این حال، هنگام مشاهده کاهش TCI و مهمترین افزایش HBI برای نمونه‌های تیمار شده با organosolv، نتایج نشان می‌دهد که این روش نه تنها باعث حذف لیگنین و همی سلولز می‌شود، بلکه ممکن است منجر به پارگی برخی پیوندهای هیدروژنی نیز شده باشد. ساختار سلولز، و آن را مستعدتر به هیدرولیز می کند. رفتار مشابهی برای مقادیر به‌دست‌آمده برای نمونه‌های هیدرولیز مشاهده شد. اما به دلیل غلظت پایین لیگنین استخراج شده نسبت به سایر تیمارها (میز ۱کاهش بلورینگی به احتمال زیاد به حضور بیشتر لیگنین مربوط می شود.
۳٫۴٫ تجزیه و تحلیل TGA و DTA
تجزیه و تحلیل حرارتی (TGA) و دیفرانسیل حرارتی (DTA) امکان ارزیابی رفتار حرارتی در طبیعت و CFS را درمان کرد. در تمام نمونه ها، کاهش جرم با دما به تدریج رخ داد و رفتارهای مشابهی از خود نشان داد.شکل ۳). پروفایل های TGA به دست آمده در این مطالعه مشابه با آنهایی بود که توسط Fatmawati و همکاران گزارش شده بود. [۹۱] و پروتاسیو و همکاران [۵۷].
منحنی های TGA و DTA به تصویر کشیده شده اند شکل ۳ نشان می دهد که تخریب حرارتی زیست توده لیگنوسلولزی را می توان تقریباً به سه منطقه (I تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد؛ II 150-450 درجه سانتیگراد؛ III > 450 درجه سانتیگراد) تقسیم کرد و این فرآیند به عنوان دو رویداد اصلی در نظر گرفته می شود. اولین مورد حتی در محدوده دمایی ۲۷ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد رخ می دهد که به کاهش جرم در طول خشک شدن اشاره دارد که با حذف آب سطحی (رطوبت محبوس شده در زیست توده) و سایر ترکیبات فرار مرتبط است. مرحله دوم در محدوده ۲۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد به اجزای آلی تجزیه کننده موثر از جمله همی سلولزها، سلولز و تا حدی لیگنین مرتبط است.
با افزایش دما، تخریب اجزای لیگنوسلولزی در محدوده‌های دمایی و نرخ‌های تجزیه متفاوت صورت می‌گیرد. در حالی که ستون فقرات کربوهیدرات راحت‌تر و در دمای محدودی شکسته می‌شود، پلیمریزاسیون لیگنین کندتر و پیوسته‌تر در طول فرآیند حرارتی اتفاق می‌افتد. این تفاوت به ناهمگنی و پیوندهای شیمیایی پیچیده β-O-4 در ساختار لیگنین مربوط می شود که مولکول را از نظر حرارتی پایدارتر می کند و بنابراین نیاز به انرژی و زمان بیشتری برای شکستن دارد. [۹۲,۹۳]. در نتیجه، جامدات باقیمانده عمدتاً به سهم لیگنین نسبت داده می شود [۹۴]. همچنین به دلیل ساختار منشعب و بی شکل، همی سلولز در دماهای پایین تری نسبت به سلولز تجزیه می شود.
مشاهده تلفات جرمی در محدوده دمایی ۲۷-۱۲۰ درجه سانتیگراد و ۲۰۰-۴۰۰ درجه سانتیگراد، همانطور که در جدول ۵لازم به ذکر است که اولین کاهش جرمی ثبت شده مربوط به وجود رطوبت و اجزای فرار برای نمونه های تازه (۹/۸ درصد) مشابه بوده و از پیش تیمارهای اتوهیدرولیز (۳۹/۹ درصد) و ارگانوسولو (۱۰/۹ درصد) به دست آمده است. برای استخراج قلیایی، تلفات ۱۴٫۱۰٪ بود. از دست دادن جرم بیشتر در این نمونه در مقایسه با سایر نمونه ها را می توان به سه احتمال نسبت داد: (۱) نشانه ای که فرآیند قلیایی به طور کامل در حذف ترکیبات فرار مؤثر نبود. (ب) وجود رطوبت بالاتر به دلیل افزایش آب دوستی ناشی از شکستن پیوندهای OH که گروه های هیدروکسیل فعال در فیبر ایجاد می کند. [۹۵,۹۶]; یا (iii) تمایل محلول های قلیایی برای نفوذ به سلولز، که منجر به تورم فیبر و افزایش مناطق آمورف می شود. در مطالعه سینگ و همکاران. [۹۷]نویسندگان پیک تجزیه در دمای پایین ۱۵۰ درجه سانتیگراد را به وجود محتوای بیشتر آمورف در فیبر نسبت می دهند که از نظر حرارتی پایدارتر است و به راحتی شکسته می شود.
در مرحله دوم، زمانی که فرآیند عمدتاً با تخریب حرارتی کربوهیدرات‌ها همراه باشد، پیک کاهش جرم بارزتری برای همه نمونه‌ها به دست می‌آید. اجزای همی سلولز عمدتاً بین ۲۰۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد واکنش نشان می دهند و سلولز بیشترین واکنش را بین ۲۵۰-۳۵۰ درجه سانتیگراد نشان می دهد که مربوط به اوج منحنی DTA است. لیگنین همچنین سهم نسبی دارد زیرا حداکثر اوج تجزیه شدن را در محدوده ۳۵۰-۵۵۰ درجه سانتیگراد دارد. [۹۴]. از دست دادن جرم در محدوده دمایی ۲۰۰-۴۰۰ درجه سانتیگراد ۳۸٫۹٪ بود در طبیعت نمونه ها و ۴۰٫۱۶-۴۶٫۵۶ درصد برای نمونه های تیمار شده، نشان دهنده تخریب موثر اجزای همی سلولز و سلولز است.
در منطقه TGA بالاتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد، تخریب عمدتاً مربوط به پلیمریزاسیون تدریجی لیگنین و مواد کربنیزه است. [۹۸]، که عدم وجود یک رویداد بزرگ را در هر دمای خاص توضیح می دهد. از دست دادن جرم بیشتر نمونه در معرض استخراج قلیایی را می توان به ویژگی لیگنین قلیایی باقیمانده در خمیر سلولزی نسبت داد. لیگنین به دست آمده توسط فرآیندهای قلیایی تمایل به چگالش بیشتری دارد و حاوی سطوح بالایی از خاکستر است که در مقایسه با سایر نمونه ها در برابر تجزیه حرارتی مقاومت نشان می دهد. [۹۹,۱۰۰]. نمونه الیاف نارگیل ارسال شده به اتوهیدرولیز دارای محتوای خاکستر بالاتری نسبت به نمونه های دیگر در محدوده دمایی ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد است. این تفاوت را می توان به حفظ یا تشکیل ترکیبات معدنی در طی فرآیند اتوهیدرولیز و همچنین حذف کارآمد ناخالصی ها و مواد آلی مانند همی سلولزها و لیگنین نسبت داد. علاوه بر این، تجزیه آن اجزا می تواند منجر به تشکیل مواد کربنی شود که به تجمع بیشتر بقایای جامد کمک می کند. [۱۰۱].
این یافته ها غلظت سلولز بالاتر در نمونه تیمار شده را به دلیل حذف همی سلولزها و لیگنین تایید می کند. در نتیجه رفتار حرارتی لیگنوسلولزی، نمونه‌هایی با محتوای هولوسلولز بالاتر و لیگنین پایین‌تر تمایل به کاهش جرم بیشتری در ناحیه دوم دارند که نتایج آشکار را تأیید می‌کند.
۳٫۵٫ تجزیه و تحلیل SEM
تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای ردیابی مهمترین تغییرات در ساختار مورفولوژیکی فیبر پس از پیش تیمار انجام شد. تغییرات با حضور ذرات کروی، تشکیل حفره ها، و عدم وجود لایه ای که به طور معمول فیبر را می پوشاند، ردیابی شدند. در تصاویر SEM ارائه شده در شکل ۴مشاهده یک سطح ناهموار برای همه الیاف با حضور پاکسازی ذرات کروی امکان پذیر است که نشان دهنده تغییرات قابل توجهی در لایه سطحی تحت تأثیر فرآیندهای پیش تصفیه است.
مورفولوژی سطح الیاف نارگیل خام (شکل ۴الف، ب) لایه ای متشکل از موم، پکتین و سایر محصولات طبیعی که الیاف طبیعی را می پوشانند را نشان داد. بافت سنگفرشی حاصل با ذرات باقیمانده روی سطح، وجود سلول‌های مغزی یا پارانشیم را نشان داد که با شکل‌های نامنظم و خوشه‌های غبار مشخص می‌شوند، همانطور که در تصاویر SEM ارائه شده مشاهده شد. [۱۰۲,۱۰۳].
در مورد فیبر تحت فرآیند سوکسله (شکل ۴ج، د)، قرار گرفتن در معرض اولیه ذرات کروی را می توان با حفظ ظاهر سنگفرشی مشاهده کرد. همین الگو در فیبر تیمار شده با اتو هیدرولیز مشاهده شد (شکل ۴e، f)، که ساختار مورفولوژیکی مشابهی را نشان داد. با این حال، حضور بیشتری از ذرات کروی وجود داشت که نشان دهنده حذف ناخالصی های رسوب شده روی سطح، مواد استخراجی و سایر ترکیبات است. این مشاهدات نشان می دهد که هر دو فرآیند باعث ایجاد یک تغییر صاف در ساختار مورفولوژیکی فیبر نارگیل شده است.
تجزیه و تحلیل SEM به تأیید اثرات برجسته شده در تجزیه و تحلیل قبلی کمک می کند. پیش تیمار قلیایی و فرآیند ارگانوسولو با هدف حذف همی سلولز و لیگنین از زیست توده، در معرض قرار دادن سلولز و برخی کربوهیدرات ها از همی سلولز باقی مانده است. حذف لیگنین و سایر اجزای تشکیل دهنده به عدم وجود لایه سنگفرشی مرتبط با زبری و حفره ها مربوط می شود، که نشان می دهد که این فرآیندها باعث تغییر قابل توجهی در مورفولوژی فیبر می شود. پس از فرآیند organosolv، نمونه زبری شدیدتر و بیشترین تعداد حفره را نشان می‌دهد، که به این نتیجه می‌رسد که حلال آلی در مقایسه با استخراج قلیایی و سایر پیش تیمارهای آزمایش‌شده، عملکرد مؤثرتری در جهت تجزیه ماتریکس لیگنوسلولزی دارد.
منبع:
۱- shahrsaz.ir , پایداری | متن کامل رایگان | مطالعه تطبیقی پیش تیمارها بر روی فیبر نارگیل برای جداسازی موثر فراکسیون لیگنوسلولزی
,۲۰۲۴-۰۶-۰۴ ۰۳:۳۰:۰۰
۲- https://www.mdpi.com/2071-1050/16/11/4784
برچسب ها
بر , برای , پایداری , پیش , تطبیقی , تیمارها , جداسازی , رایگان , روی , فراکسیون , فیبر , کامل , لیگنوسلولزی , متن , مطالعه , موثر , نارگیل
به اشتراک بگذارید
https://shahrsaz.ir/?p=19670
تعداد دیدگاه : 0
- دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
- پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
- پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.