اثر پیش تیمار آنزیمی بر روی ضایعات لیگنوسلولزی به منظور تهیه نانوفیبرسلولزی

مقدمه. اخیرا نیاز شدید برای جایگزینی محصولات بر پایه سوخت فسیلی با مواد زیست تخریب پذیر احساس میشود که می تواند راه حل مشکلات بسیاری مانند، کاهش منابع سوختی و بومی بودن آن ها، آلودگی پلاستیکی، افزایش کربن دی اکسید و پایداری آن در طبیعت، باشد. به همین دلیل توجه زیادی به مواد پایدار، دوست دار محیط زیست و سبز برای کاربردهای مختلف جلب شده است. مواد لیگنوسلولزی فراوان ترین پلیمر طبیعی هستند که دارای ویژگی هایی مانند، تجدیدپذیری، زیست تخریب پذیری و غیرسمی بودن می باشند. میزان تولید این ماده توسط فتوسنتز حدود 1012-1011 تن در سال تخمین زده می شود. مواد لیگنوسلولزی عمدتا در کامپوزیت های مورد استفاده قرار گرفته اند و به علاوه جهت تولید نانوسلولز و کربن فعال به کار برده می شوند. منابع لیگنوسلولزی شامل ضایعات کشاورزی مانند، چوپ، پنبه، شاخه درختان، پسماند مواد غذایی و مواد آلی بی ارزش صنعتی می باشند[1,2]. در این بین نانوفیبرسلولزی، زیست توده ای است که به دلیل داشتن ساختار طبیعی، دانسیته پایین، خواص مکانیکی بالا، ارزش اقتصادی و تجدیدپذیری کاربرد زیادی در صنایع کاغذسازی، تهیه کامپوزیت و بسته بندی پیدا کرده است[3]. نانوفیبرسلولزی می تواند توسط روش های متفاوت تولید شود که شامل فرآیندهایی مانند هیدرولیز آنزیمی و شیمیایی و فرایندهای مکانیکی می باشد[1]. در حالت کلی تیمار و پیش تیمار آنزیمی و یا شیمیایی، باعث تسهیل فرآیند و کاهش مصرف انرژی فرآیند مکانیکی می شود. در این تحقیق اثر پیش تیمار آنزیمی بر روی ماده لیگنوسلولزی ساقه جارو بررسی می شود. مواد و روش ها. ضایعات ساقه جارو از امیرکلا استان مازندران تهیه شد. لایه های اولیه پوست آن جدا شد و توسط دستگاه سبزی خرد کن، آسیاب شد. در مرحله بعد ساقه جارو خرد شده مش بندی شد و از مواد با اندازه مش بین 25 تا 40 استفاده شد. به منظور پیش تیمار ساقه جارو پودر شده از آنزیم سلولاز با فرمول Cellulclast 1.5L با فعالیت آنزیمی FPU 5/68، تهیه شده از Novozyme استفاده شد. سه نمونه با مقادیر متفاوت آنزیم که شامل FPU 5/1، 3 و 5/4 به ازای گرم فیبر ماده جامد تست شد که هر غلظت آنزیم با فیبر قرارگرفته در بافر استات با 5Ph= و با جامد 3% مخلوط شد. نمونه های آماده شده به مدت 24 ساعت، در دمای 50 درجه سانتی گراد و دور 150 دور در دقیقه در انکیباتور قرارگرفت. بعد از اتمام دوره، نمونه ها از انکیباتور خارج شدند و در حمام آب گرم 80 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه قرار گرفت تا فعالیت آنزیمی متوقف شود. سپس محلول بالایی عاری از مواد جامد نمونه ها جدا و نمونه ها سانتریفیوژ شدند و با آب دیونیزه شسته شدند. به منظور انجام آنالیز، نمونه ها به مدت 24 ساعت توسط دستگاه خشک کن انجمادی خشک شدند[4,5]. بحث و نتایج. به منظور تعیین بهینه غلظت آنزیم برای پیش تیمار، آنالیز طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) بر روی نمونه های جامد انجام شد. دستگاه FTIR مدل TENSOR27 ساخت کشور آلمان بود و محدوده طیفی آن cm-1 400-4000 بود. ترکیبات موجود در نمونه های مختلف فیبرسلولزی توسط آنالیز FTIR مشخص شد، که در شکل 1 نشان داده شد. پیک شاخص در طیف حدود cm-1 1738 در سنجش فیبر تیمارنشده است که نشان دهنده گروه های استیل و استراورونیک همی سلولز، یا پیوند استری گروه کربوکسیلی فرولیک اسید و پی کومریک اسید لیگنین و یا همی سلولز است. همچنین در طیف حدود cm-1 1515 در سنجش فیبر تیمارنشده است که نشان دهنده بند دوگانه کربن-کربن حلقه های آروماتیکی لیگنین است[6].با توجه به آنالیز نمونه های تیمار شده و مقایسه آن با نمونه تیمارنشده، در نمونه تیمار شده با غلظت آنزیمFPU 3 به ازای گرم فیبر جامد، پیک های نشان دهنده حضور لیگنین و همی سلولز حذف شدند که حاکی از در دسترس قرارگرفتن بیشتر سلولز در این نمونه نسبت به دیگر نمونه ها است. نتیجه گیری. با توجه به سنجش نمونه ها، استفاده از آنزیم باعث کاهش لیگنین و همی سلولز شده و در نهایت میزان دسترسی به سلولز را افزایش داده و در بین غلظت های مختلف آنزیمی غلظت FPU 3 به ازای گرم فیبر جامد، بهترین میزان حذف ترکیبات لیگنین و همی سلولز را داشته است.

کلیدواژه ها:

پیش تیمار آنزیمی ، ساقه جارو ، ضایعات لیگنو سلولزی ، نانوفیبرسلولز