SUPERVISOR
Javad Keramat,Nasser Hamdami,Ali Nasirpour
جواد کرامت (استاد مشاور) ناصر همدمی (استاد مشاور) علی نصیرپور (استاد راهنما)
STUDENT
Maryam Beygy harchegany
مریم بیگی هرچگانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Effect of EHD Treatment on Yield and Physic - Chemical Properties of Extracted Cellulose from Sugar Cane Bagasse
In agricultural processes and related industries, byproducts are produced besides the main products in great amounts. Bagasse, an important source of cellulose, is an agricultural waste product that is produced after the extraction of juice from sugar. Cellulose is the most abundant renewable polymer in the world and it has many applications in paper, food, color and etc. industries. So the main purposes of this study were to extract the cellulose from the waste of the sugarcane bagasse, using high voltage electric field as a novel method and, to evaluate the effect of the used treatment on the quality and other characteristics of the extracted cellulose. Firstly, Cellulose was extracted using mendal et al. method (2011). Response surface methodology (RSM) was used for optimization of clarification conditions to Hydrolysis conditions under high voltage electric field were determined conditions, to evaluate the effect of high voltage electric field on the properties of the extracted cellulose. Sugarcane wastes were purchased from “sugar producing and lateral industries factory” in Khuzestan. The prepared sugarcane bagasse were grinded and sieved using industrial grinder and a sieve with the mesh of 35 (the size of 0.5 mm), respectively. The soxhlet method was employed to remove the fat of the samples using hexane for 6 hours. The delignification of the fat-free samples were performed using 0.7%w/v sodium chlorite solution followed by washing the samples using distilled water and the extraction of the lignin and the part of the hemicelluloses from the discolor residue with 250 ml 5% w/v sodium sulphite solution. The obtained fibers were mixed with 250 ml 17.5% w/v sodium hydroxide solution to remove the hemicelluloses. Cellulose was separated from other materials using filtration, and washed until neutral pH of the washing water had reached. Then it was dried in an oven with the temperature of 80oC. The optimum treatment was selected from the point of view of the purity of the extracted cellulose. The chemically, morphologically, thermally and structurally evaluations were performed. The results of the chemical analysis showed that the cellulose percentage is increased 55.1% in optimum treatment compared to raw material, after alkaline treatment. The evaluation of the fibers morphology using SEM, revealed the small diameter and great length of the fibers as compared to microcrystalline cellulose of Sigma Company. XRD was used to evaluate the crystalline structure of the obtained cellulose and it was found that the cellulose prepared using optimum treatment is amorphous and hasn’t the crystalline structure, whereas the blank cellulose has the crystals of type II. The evaluation of the functional groups of the cellulose structure was performed using FTIR and the results were in good agreement with XRD results. TGA was used for thermal analysis of the extracted celluloses and the results showed that the temperature of the thermal degradation is increased as compared to blank samples and is higher than 300 o C. Keywords : cellulose extraction, amorphous cellulose, crystallinity index, electro hydro dynamic
در تمامی فرآیندهای کشاورزی و صنایع مربرطه علاوه بر تولید محصولات اصلی، محصولات جانبی نیز تولید می شود که حجم وسیعی را شامل می گردد. باگاس یکی از ضایعات کشاورزی است که بعد از استحصال شکر در کارخانه به دست می آید، و یکی از منابع سرشار از سلولز است. در این تحقیق با به کارگیری یک روش جدید و با استفاده از ضایعات باقی مانده از باگاس نیشکر، سلولز که فراوان ترین پلیمر تجدیدپذیر در جهان است و در صنایع متفاوتی ازجمله صنعت کاغذ، غذا، دارو، رنگ و ... کاربرد دارد، استخراج، و اثر تیمار به کار برده شده در روند استخراج بر کیفیت و ویژگی های سلولز استخراجی بررسی شد. سلولز شاهد با روش استفاده شده توسط مندال و همکاران در سال 2011 استخراج و به منظور بررسی اثر تیمار ولتاژ بالا شرایط هیدرولیز با استفاده از روش سطح پاسخ( RSM) اپتیمم سازی شد. به این منظور ابتدا باگاس نیشکر، از پسماندهای نیشکر موجود در کارخانه ی تولید شکر و صنایع جانبی استان خوزستان تهیه، سپس با خردکن صنعتی خرد و با الک مش35 به ذراتی با اندازه 5/0 میلی متر الک شد. سپس نمونه ها برای حذف چربی با حلال هگزان در دستگاه سوکسله به مدت 6 ساعت قرار داده شدند. در مرحله بعد نمونه های فاقد چربی ابتدا با محلول 7/0 درصد( وزنی/ حجمی) سدیم کلریت لیگنین زدایی و متعاقباً مواد با آب مقطر شست و شو شده و ماده ی بی رنگ باقی مانده با 250 میلی لیتر از محلول 5 درصد( وزنی/ حجمی) سدیم سولفیت تیمارشد تا بخشی از همی سلولز و تمامی لیگنین از سلولز استخراج شود .الیاف به دست آمده مجدداً با 250 میلی لیتر محلول 5/17 درصد( وزنی/ حجمی) سدیم هیدروکسید مخلوط شدند تا همی سلولز نیز حذف شود و تنها سلولز خالص بماند. سلولز توسط فیلتراسیون از سایر مواد جدا کرده، شست و شو داده تا جایی که آب شست و شو به pH خنثی برسد و سپس نمونه ها در آون با دمای 80 درجه سلسیوس خشک شدند. تیمار بهینه بر اساس درصد خلوص سلولزهای استخراجی انتخاب و مورد ارزیابی های شیمیایی، مورفولوژیکی، حرارتی و ساختاری قرار گرفت. نتایج به دست آمده از آنالیز ترکیب درصد شیمیایی نمونه ها نشان داد که درصد سلولز پس از عمل آوری قلیایی در تیمار بهینه نسبت به مواد خام 1/55 % افزایش یافته است. همچنین مورفولوژی الیاف به دست آمده با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد و مشخص گردید که الیاف به دست آمده قطر کم و طول زیادی نسبت به سلولز میکروکریستالی شرکت سیگما دارند. به منظور بررسی ساختار کریستالی سلولز به دست آمده از تست پراش پرتوی ایکس استفاده شد و نتایج این آزمون نشان داد که سلولز حاصل از تیمار بهینه آمورف بوده و ساختار کریستالی ندارد اما سلولز استخراجی شاهد ساختار کریستالی نوع II دارد. جهت بررسی گروه های عاملی موجود در ساختار سلولز از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه بهره گرفته شد که داده های به دست آمده از این آنالیز با نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس مطابقت داشت. آنالیز حرارتی نمونه ها به وسیله TGAانجام شد و نشان داد که دمای تخریب حرارتی سلولز تیمار بهینه نسبت به تیمار شاهد 80 درجه سلسیوس افزایش داشته و بالاتر از 300 درجه سلسیوس است . کلمات کلیدی : استخراج سلولز، سلولز آمورف، درجه کریستالینیتی، الکتروهایدرودینامیک