Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Etesami,TAYEBEH BEHZAD
نسرین اعتصامی (استاد راهنما) طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nooshin Bahadoran baghbadorani
نوشین بهادران باغبادرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Synthesis and Characterization of Superabsorbent Bionanocomposite Hydrogel Based on Starch-g-Poly (Acrylic Acid) and Reinforced with Cellulose Nanofibers
Nowadays, A huge amount a researchers have a special look on biocompatible and biodegradable material order to find appropriate alternatives for synthetic and environmentally hazardous materials. In this study, it has been tried by addition of cellulose nanofibers, the expected swelling and mechanical properties of starch (for production of super absorbent hydrogel nanocomposite) has been enhanced. Thus, cellulose nanofibres originated from wood of acicular leaf plants were prepared. In this study, pure hydrogel and super absorbent hydrogel based on Starch-g-Poly(acrylic acid) and reinforced by various amount of cellulose nanofibers (1, 3, 5, 7, 9 wt%) ratio to starch, using N,N'- methylene bisacrylamide cross linker by solution method in the presence of potassium persulphate as initiator followed by the polimerization of free radical of acrylic acid monomer on the surface of starch, in the condition of optimized initial effective parameters in order to obtain the best results, were prepared. The prepared gels were freezed using liquid nitrogen followed by the preparation and characterisation of super absorbent polymer drying in freezed state. The optimized value of monomer and cross linker respectively were reported as 3.65 g acrylic acid / 1 g starch and 1.12 wt% compared to monomer. The amount of grafted poly (acrylic acid) on starch surface in hydrogel preparation measured using gravimetric methods was 41%. Since the cellulose naofibres contain the hydrophilic groups, the swelling behaviour of the hydrogel specially for 5% was improved. The swelling of hydrogel containing the 5% of cellulose nanofibres was 523 g water /g absorbent and for the pure hydrogel was obtained 312 g water /g absorbent showing 67% improvement. The percentage of swelling in the presence of various salts after adding the 5% of the cellulose nanofibres was enhanced about 76% and the swelling behaviours was improved about 72% compared to different pHs. Compressive strength and Young's modulus of the hydrogel containing the 5% of the cellulose nanofibres were measured 63.3 and 31.6 kPa indicating the enhancement of the mechanical properties of the hydrogel nanocomposite respectively about 69% and 140%. The density and the amount of swelled volume (dimensionless) of the hydrogel nanocomposite containing 5% of cellulose nanofibres were calculated and measured as 1.01 g/cm 3 and 529.28. Kinetic study revealed higher swelling capacity and less requisite time to obtain equilibrium condition for the hydrogel nano composite. In addition, the good agreement of the swelling behaviour of this hydrogel nanocomposite was investigated using second-order kinetic model and Langmuir adsorption isotherm in adsorption of copper ions (Cu 2+ ). The results obtained from scanning electron microscopy represented the morphological changes of the nanocomposite sue to the addition of cellulose nanofibres well. Keyword: Superabsorbent Hydrogel, Starch, Cellulose nanofibers, Nanocomposite, Swelling
امروزه توجه بسیاری از پژوهشگران، به سوی مواد زیست سازگار و زیست تخریب پذیر به منظور یافتن جایگزینی مناسب برای مواد سنتزی و مخرب محیط زیست، جلب شده است. در این پژوهش سعی شده است که با افزودن نانوالیاف سلولزی، خواص تورمی و مکانیکی مورد انتظار از نشاسته در تهیه نانوکامپوزیت هیدروژلی ابرجاذب از آن، تا حد امکان ارتقا داده شود. بدین منظور نانوالیاف سلولزی با منشا چوب گیاهان سوزنی برگ خریداری شد. در این مطالعه هیدروژل خالص و نانوکامپوزیت هیدروژلی ابرجاذب بر پایه نشاسته پیوند داده شده با پلی(اکریلیک اسید) و تقویت شده با با مقادیر مختلف نانوالیاف سلولزی %Weight(9، 7، 5، 3، 1) نسبت به نشاسته، با استفاده از اتصال دهنده عرضی N',N- متیلن بیس اکریل آمید، به روش محلولی در حضور آغازگر پتاسیم پرسولفات با انجام پلیمریزاسیون رادیکال آزاد مونومر اکریلیک اسید بر سطح نشاسته، در مقادیر بهینه سازی شده عوامل اولیه موثر، جهت حصول بهترین نتایج تهیه شدند. ژل های تهیه شده با نیتروژن مایع منجمد گردیدند و سپس به روش خشک کردن در حالت انجماد، ابرجاذب پلیمری تهیه و مشخصه یابی شد. مقادیر بهینه سازی شده برای مونومر و اتصال دهنده عرضی به ترتیب Starch gram1/ AcrylicAcid gram 65/3 و%Weight 12/1 نسبت به مونومرگزارش شد. مقدار پلی(اکریلیک اسید) پیوندداده شده بر سطح نشاسته در تهیه هیدروژل با استفاده از روش های وزن سنجی 41% محاسبه شد. از آنجایی که نانوالیاف سلولزی حاوی گروه های آبدوست است باعث بهبود رفتار تورمی هیدروژل به ویژه در مقدار 5% شد. میزان تورم برای هیدروژل حاوی 5% از نانوالیاف سلولزی gram Water /gram absorbent 523 و برای هیدروژل خالص gram Water /gram absorbent 312 به دست آمد که نشانگر حدود 67% بهبود می باشد. میزان تورم درحضور نمک های مختلف با افزودن 5% نانوالیاف سلولزی حدود 76% بهبود یافت و رفتار تورمی نسبت به pHهای مختلف حدود 72% بهبود پیدا کرد. استحکام فشاری و مدول یانگ در هیدروژل حاوی 5% نانوالیاف hy;سلولزیkPa 6/31 و 3/63 اندازه گیری شد که ارتقای خواص مکانیکی نانوکامپوزیت هیدروژلی را به ترتیب در حدود 69% و 140% نشان می داد. دانسیته و میزان حجم تورم (بی بعد) نانوکامپوزیت هیدروژلی حاوی 5% نانوالیاف سلولزیgram/centimeter 3 01/1 و 28/529 (بی بعد) اندازه گیری و محاسبه شد. بررسی رفتار سینتکی، ظرفیت تورم بالاتر و زمان مورد نیاز کمتر برای رسیدن به شرایط تعادلی را برای نانوکامپوزیت هیدروژلی نشان می داد. علاوه بر آن پیروی خوب رفتار تورمی این نانوکامپوزیت هیدروژلی از مدل سینتیکی شبه درجه دوم و ایزوترم جذب لانگمیوردر جذب یون های فلزی مس (Cu 2+ ) از محلول بررسی شد. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تغییرات مورفولوژی نانوکامپوزیت در اثر افزودن نانوالیاف سلولزی را به خوبی نشان داده است. کلمات کلیدی: هیدروژل ابرجاذب، نشاسته، نانوالیاف سلولزی، نانوکامپوزیت، تورم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی