
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,747,088 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,742 |
تولید و ارزیابی آیروژل نانوکامپوزیتی بر پایه نانوفیبریلهای سلولزی و پروتئینی | ||
پژوهشهای علوم و فناوری چوب و جنگل | ||
دوره 29، شماره 4، دی 1401، صفحه 113-138 اصل مقاله (1.83 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2023.20904.1998 | ||
نویسندگان | ||
ماندانا دیلمیان1؛ دینا مرشدی* 2 | ||
1محقق پسادکتری، گروه مهندسی زیست فرآیند، پژوهشکده زیستفناوری صنعت و محیطزیست، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیستفناوری، تهران، ایران. | ||
2دانشیار، گروه مهندسی زیست فرآیند، پژوهشکده زیستفناوری صنعت و محیطزیست، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیستفناوری، تهران، ایران. | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: زیست نانوکامپوزیتها گروهی از نانوکامپوزیتهای پلیمری هستند که از ترکیب پلیمرهای زیستتخریبپذیر و جامدات غیرآلی تشکیل شدهاند و حداقل یکی از ابعادشان در حد نانومتر است. آیروژلها، موادی با ساختار شبکهای سهبعدی حاوی حفرههای بههمپیوسته و متشکل از ترکیب مواد مختلف هستند. این مواد به دلیل ویژگیهای بسیار جالبتوجهی نظیر سطح مخصوص، منافذ زیاد، و چگالی بسیار کم خواص جالبتوجه و مصارف پرکاربردی در علوم مختلف دارند. در این پژوهش، آیروژلهای نانوکامپوزیتی زیستسازگار از مواد غیرسمی و تجدیدپذیر که اغلب محصولات جانبی صنایع لبنی و ضایعات کشاورزی هستند تولید شدهاند. این آیروژلهای زیست نانوکامپوزیتی، حاوی مقادیر فراوان پلیساکارید و پروتئین بوده و به دلیل ماهیت غیرسمی، تجدیدپذیری و زیستتخریبپذیری، کاربردهای گستردهای در مصارف مختلف دارند. مواد و روشها: در این مطالعه چند نوع آیروژل نانوکامپوزیتی متشکل از ترکیب نانوفیبریلهای سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریل پروتئینی با استفاده از خشککن انجمادی تهیه شده و سپس با استفاده از روشهای آنالیزی متعدد محتویات این آیروژلها مورد بررسی و تأیید قرار گرفت. در نهایت کارایی این آیروژلها در حذف رنگزای آزو از آب، بر روی یک مدل رنگزای آنیونیکی ارزیابی گردید. یافتهها: آیروژلهای سهجزئی فوقسبک (mg cm-3 15) و بسیار متخلخل (۹۱/۹۸ درصد)، با موفقیت تولید شدند. در این آیروژلها از نانوالیاف سلولزی بهعنوان تقویتکننده و کیتوسان و نانوفیبریلهای پروتئینی بهعنوان بهبوددهنده استفاده گردید. نتایج آزمون نشر تیوفلاوین-تی بر روی آیروژلهای نانوکامپوزیتی با نسبتهای ترکیب مختلف، وجود فیبریلهای پروتئینی را تأیید مینماید. بهطورکلی در آیروژلهای دوجزئی نانوالیاف سلولزی/پروتئین، با کاهش جزء سلولز و افزایش جزء پروتئین تا ۹۰ درصد استحکام در حالت تر کاهش مییابد. درحالیکه آیروژلهای سهجزئی (حتی در حالتی که جزء پروتئین بیشترین مقدار را نسبت به کیتوسان داشت)، علاوه بر بهرهوری از ثبات ابعادی و پایداری بسیار خوب در آب، در حذف رنگزای آنیونیکی نیز عملکرد بسیار مؤثری نشان دادند. نتیجهگیری: نتایج این پژوهش نشان میدهد افزودن مواد پرکنندة طبیعی نظیر نانوالیاف سلولزی، تأثیر بسزایی در تقویت خواص مکانیکی آیروژل کیتوسان و نانوفیبریل پروتئینی دارد. ساختار بسیار متخلخل آیروژل سهجزئی متشکل از مقادیر بهینه نانوفیبریلهای سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریلهای پروتئینی است که پس از فرایند خشکشدن در دستگاه خشککن انجمادی با برقراری پیوندهای یونی و هیدروژن میان اجزا بهخوبی حاصل شده است. با ارزیابی نتایج پایداری و جذب آب آیروژلهای کامپوزیتی میتوان آیروژلهای حاوی ۵۰ درصد سلولز و نسبتهای برابر کیتوسان/نانوفیبریلهای پروتئینی را بهعنوان نمونههای مطلوب برای ادامه مطالعات در نظر گرفت. لازم به ذکر است، کلیه آیروژلهای سهجزئی حاوی نانوفیبریلهای پروتئینی با گنجایش جذب حداکثر mg g-1 70 و بازدهی100 درصد رنگزای کنگو رد را جذب نمودند. واژههای کلیدی: آیروژل، نانوفیبریلهای سلولزی، کیتوسان، نانوفیبریلهای پروتئینی | ||
کلیدواژهها | ||
آیروژل؛ نانوفیبریلهای سلولزی؛ کیتوسان؛ نانوفیبریلهای پروتئینی | ||
مراجع | ||
1.Ganesamoorthy, R., Vadivel, V.K., Kumar, R., Kushwaha, O.S., and Mamane, H. 2021. Aerogels for water treatment: A review. J. of Cleaner Production. 329: 129713.
2.Kistler, S.S., Fischer, E.A., and Freeman, I.R. 1943. Sorption and surface area in silica aerogel. J. of American Chemical Society. 65: 10. 1909-1919.
3.Sehaqui, H., Zhou, Q., and Berglund, L.A. 2011. High-porosity aerogels of high specific surface area prepared from nanofibrillated cellulose (NFC). Composites Science and Technology. 71: 13. 1593-1599.
4.Sehaqui, H. 2013. Lightweight foams and aerogels of biobased nanofibers. Handb of Green Materials. pp. 121-137.
5.Jiang, F., and Hsieh, Y.L. 2014. Amphiphilic superabsorbent cellulose nanofibril aerogels. J. of Materials Chemistry A. 2: 18. 6337-6342.
6.Peydayesh, M., and Mezzenga, R. 2021. Protein nanofibrils for next generation sustainable water purification. Nature Communications. 12: 1. 3248.
7.Ablouh, E.H., Kassab, Z., Semlali Aouragh Hassani, F., El Achaby, M., and Sehaqui, H. 2022. Phosphorylated cellulose paper as highly efficient adsorbent for cadmium heavy metal ion removal in aqueous solutions. RSC Advances. 12: 2. 1084-1094.
8.Choudhury, R.R., Sahoo, S.K., and Gohil, J.M. 2020. Potential of bioinspired cellulose nanomaterials and nanocomposite membranes thereof for water treatment and fuel cell applications. Cellulose. 27: 12. 6719-6746.
9.Abdel-Halim, E.S. 2014. Chemical modification of cellulose extracted from sugarcane bagasse: Preparation of hydroxyethyl cellulose. Arabian J. of Chemistry. 7: 3. 362-371.
10.Abd El-Hack, M.E., El-Saadony, M.T., Shafi, M.E., Zabermawi, N.M., Arif, M., Batiha, G.E., Khafaga, A.F., Abd El-Hakim, Y.M., and Al-Sagheer, A.A. 2020. Antimicrobial and antioxidant properties of chitosan and its derivatives and their applications: A review. International J. of Biological Macromolecules. 164: 2726-2744. 11.Arcari, M., Axelrod, R., Adamcik, J., Handschin, S., Sánchez-Ferrer, A., Mezzenga, R., and Nyström, G. 2020. Structure-property relationships of cellulose nanofibril hydro-and aerogels and their building blocks. Nanoscale. 12: 21. 11638-11646.
12.Jung, J., Savin, G., Pouzot, M., and Schmitt, C. 2008. Structure of heat-induced - lactoglobulin aggregates and their complexes with sodium-dodecyl sulfate. Biomacromolecules. 9: 9. 2477-2486.
13.Ke, P.C., Zhou, R., Serpell, L.C., Riek, R., Knowles, T.P.J., Lashuel, H.A., Gazit, E., Hamley, I.W., Davis, T.P., Fändrich, M., Otzen, D.E., Chapman, M.R., Dobson, C.M., Eisenberg, D.S., and Mezzenga, R. 2020. Half a century of amyloids: Past, present and future. Chemical Society Reviews. 49: 15. 5473-5509.
14.Knowles, T.P.J., and Mezzenga, R. 2016. Amyloid fibrils as building blocks for natural and artificial functional materials. Advanced Materials. 28: 31. 6546-6561.
15.Fischer, F., Rigacci, A., Pirard, R., Berthon-Fabry, S., and Achard, P. 2006. Cellulose-based aerogels. Polymer. 47: 22. 7636–7645.
16.Korhonen, J.T., Kettunen, M., Ras, R.H.A., and Ikkala, O. 2011. Hydrophobic nanocellulose aerogels as floating, sustainable, reusable, and recyclable oil absorbents. ACS Applied Materials & Interfaces. 3: 6. 1813-1816.
17.Nguyen, S.T., Feng, J., Le, N.T., Le, A.T.T., Hoang, N., Tan, V.B.C., and Duong, H.M. 2013. Cellulose aerogel from paper waste for crude oil spill cleaning. Industrial & Engineering Chemistry Research. 52: 51. 18386-18391.
18.Feng, J., Nguyen, S.T., Fan, Z., and Duong, H.M. 2015. Advanced fabrication and oil absorption properties of super-hydrophobic recycled cellulose aerogels. Chemical Engineering J. 15: 270. 168-175.
19.Li, Z., Shao, L., Ruan, Z., Hu, W., Lu, L., and Chen, Y. 2018. Converting untreated waste office paper and chitosan into aerogel adsorbent for the removal of heavy metal ions. Carbohydrate Polymers. 193: 221-227.
20.Li, Z., Shao, L., Hu, W., Zheng, T., Lu, L., Cao, Y., and Chen, Y. 2018. Excellent reusable chitosan/cellulose aerogel as an oil and organic solvent absorbent. Carbohydrate Polymers. 191: 183-190.
21.Tu, H., Yu, Y., Chen, J., Shi, X., Zhou, J., Deng, H., and Du, Y. 2017. Highly cost-effective and high-strength hydrogels as dye adsorbents from natural polymers: chitosan and cellulose. Polymer Chemistry. 8: 19. 2913-2921.
22.Leung, W.H., So, P.K., Wong, W.T., Lo, W.H., and Chan, P.H. 2016. Ethylenediamine-modified amyloid fibrils of hen lysozyme with stronger adsorption capacity as rapid nano-biosorbents for removal of chromium (vi) ions. RSC Advances. 6: 108. 106837-106846.
23.Morshedi, D., Mohammadi, Z., Boojar, M.M.A., and Aliakbari, F. 2013. Using protein nanofibrils to remove azo dyes from aqueous solution by the coagulation process. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 112. 245-254.
24.Peydayesh, M., Suter, M.K., Bolisetty, S., Boulos, S., Handschin, S., Nyström, L., and Mezzenga, R. 2020. Amyloid fibrils aerogel for sustainable removal of organic contaminants from water. Advanced Materials. 32: 12. 1-6.
25.Nystrom, G., Fong, W.K., and Mezzenga, R. 2017. Ice-templated and cross-linked amyloid fibril aerogel scaffolds for cell growth. Biomacromolecules. 18: 9. 2858-2865.
26.Biancalana, M., and Koide, S. 2010. Molecular mechanism of thioflavin-T binding to amyloid fibrils. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 1804: 7. 1405-1412.
27.Nyström, G., Fong, W., and Mezzenga, R. 2017. Ice-templated and cross-linked amyloid fibril aerogel scaffolds for cell growth. Biomacromolecules. 18: 9. 2858-2865.
28.Usuelli, M., Germerdonk, T., Cao, Y., Peydayesh, M., Bagnani, M., Handschin, S., Nyström, G., and Mezzenga, R. 2021. Polysaccharide-reinforced amyloid fibril hydrogels and aerogels. Nanoscale. 13: 29. 12534-12545.
29.Dilamian, M., and Noroozi, B. 2021. Rice straw agri-waste for water pollutant adsorption: Relevant mesoporous super hydrophobic cellulose aerogel. Carbohydrate Polymers. 251: 117016. 30.Peydayesh, M., Chen, X., Vogt, J., Donat, F., Müller, C.R., and Mezzenga, R. 2022. Amyloid fibril-UiO-66- NH2 aerogels for environmental remediation. Chemical Communications. 58: 5104-5107.
31.Rong, N., Chen, C., Ouyang, K., Zhang, K., Wang, X., and Xu, Z. 2021. Adsorption characteristics of directional cellulose nanofiber/ chitosan/ montmorillonite aerogel as adsorbent for wastewater treatment. Separation and Purification Technology. 274: 119120.
32.Rahimi Aqdam, S., Otzen, D.E., Mahmoodi, N.M., and Morshedi, D. 2021. Adsorption of azo dyes by a novel bio-nanocomposite based on whey protein nanofibrils and nano-clay: quilibrium isotherm and kinetic modeling. J. of Colloid and Interface Science. 602: 490-503.
33.Mohammadreza Miraboutalebi, S., Peydayesh, M., Bagheri, M., and Mohammadi, T. 2020. Polyacrylonitrile/ α-Fe2O3 hybrid photocatalytic composite adsorbents for enhanced dye removal. Chemical Engineering Technology. 43: 6. 1214-1223.
34.Jia, X., Peydayesh, M., Huang, Q., and Mezzenga, R. 2022. Amyloid fibril templated MOF aerogels for water purification. Small. 18: 4. 2105502.
35.Yang, G.H., Bao, D.D., Zhang, D.Q., Wang, C., Qu, L.L., and Li, H.T. 2018. Removal of antibiotics from water with an all-carbon 3D nanofiltration membrane. Nanoscale Research Letters. 13: 1. 1-8. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 259 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 318 |