تولید نانوسلولزی پیشرفته برای استفاده در باتری و کاغذ مقاوم
پژوهشگران دانشگاه کارلستاد در سوئد موفق شدهاند نوع تازهای از نانوسلولز را با استفاده از فرآیند اکسیداسیون فنتون تولید کنند؛ روشی که با واکنش پراکسید هیدروژن و یونهای آهن، الیاف سلولزی را بهطور کنترلشده تجزیه میکند و امکان ساخت مواد سلولزی ویژه برای پوششهای بستهبندی و غشاهای جداکننده باتریها را فراهم میآورد. این دستاورد میتواند مسیر توسعهٔ مواد سبز و کارآمد را برای صنایع آینده هموار کند.
به گزارش خبرگزاری سیناپرس، گسترش نیاز جهانی به مواد پایدار، صنایع بستهبندی و فناوری انرژی را وادار کرده است که بهدنبال منابع زیستی و قابلتجدید برای تولید مواد پیشرفته باشند. یکی از رویکردهای آیندهدار در این حوزه، استفاده از نانوسلولز است؛ مادهای مبتنی بر الیاف گیاهی که به دلیل استحکام بالا، وزن کم، قابلیت زیستتجزیه و امکان مهندسی سطح، کاربردهای بسیاری در بستهبندی، پوششها و حتی سامانههای ذخیرهسازی انرژی دارد.
در همین راستا، تیمی از پژوهشگران دانشگاه کارلستاد (Karlstad University) به سرپرستی «مراسه رؤوف»، دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، موفق شدهاند نانوسلولز نسل جدیدی تولید کنند که به گفتهٔ آنها، توانایی تبدیلشدن به پوششهای کارآمد و مواد مقاوم در صنایع مختلف را دارد. این پژوهش در مجلهٔ BioResources منتشر شده است و بر روش تازهای برای اصلاح الیاف سلولز تمرکز دارد.
این روش بر پایهٔ فرآیندی با عنوان «اکسیداسیون فنتون» شکل گرفته است؛ فرایندی که طی آن، پراکسید هیدروژن با یونهای آهن واکنش میدهد و رادیکالهای فعال هیدروکسیل تولید میکند. این رادیکالها قادرند ساختار سلولزی را بهطور دقیق و کنترلشده تخریب کنند، بدون آنکه ماهیت اصلی الیاف از بین برود. نتیجهٔ این واکنش، تولید الیافی «ریشهریشه» و پراکنده در مقیاس میکرونی است که برای ساخت نانوسلولز بسیار مناسب هستند.
بهگفتهٔ پژوهشگران، تصاویر میکروسکوپی پیشرفته بهخوبی نشان داده است که الیاف سلولزی پس از قرارگرفتن در معرض فرآیند فنتون، ساختاری حلشدهتر و شاخهدارتر پیدا میکنند. این تغییرات موجب افزایش کارایی الیاف در فرمولاسیونهای جدید میشود و امکان توزیع یکنواختتر و پایدارتر آنها را فراهم میکند. آزمایشهای جریان آب نیز افزایش بار منفی روی سطح الیاف را تأیید کرده است؛ بارهایی که به دلیل تشکیل گروههای کربوکسیل تازه ایجاد شدهاند. طیفسنجی مادونقرمز نیز حضور این گروههای جدید را ثابت کرده است.
یکی از بخشهای مهم این پژوهش، بررسی کارایی این نانومواد در پوششدهی کاغذ بوده است. محققان مادهٔ سلولزی تولیدشده را بهصورت پوشش بدون افزودنی روی سطح کاغذ اعمال کردند. نتایج تحلیل سطح نشان داد که این ماده باعث افزایش تراکم ساختاری پوشش شده است؛ موضوعی که نقش مهمی در تقویت عملکردهای سدگری کاغذ، از جمله مقاومت در برابر رطوبت و نفوذپذیری، دارد. این یافتهها مسیر استفاده از نانوسلولز بهعنوان جایگزین زیستی و پایدار برای پوششهای شیمیایی رایج را هموار میکند.
مراسه رؤوف در توضیح اهمیت این پروژه میگوید: «در پروژهٔ دکتری خود بر توسعهٔ فرآیندهای جدید و کاربردهای تازهٔ نانوسلولز تمرکز دارم. یکی از زمینههای آشکار، استفاده از این مواد در پوششهای مقاوم برای کاغذ و بستهبندی است. از سوی دیگر، کاربردهای این نانوسلولز در پوششدهی غشاهای جداکنندهٔ باتریها نیز چشمانداز بسیار امیدوارکنندهای دارد.»
اکسیداسیون فنتون که قرنها در فرایندهای تصفیهٔ آب و حذف آلایندههای آلی مورد استفاده قرار میگرفت، اکنون به ابزاری توانمند در مهندسی زیستی و اصلاح ساختار مواد گیاهی تبدیل شده است. توانایی این فرآیند در ایجاد الیاف ریزمقیاس و تنظیم ویژگیهای سطحی آنها، این روش را به گزینهای ایدهآل برای تولید مواد نوین زیستپایه بدل کرده است.
در پایان این پژوهش، نویسندگان تأکید کردهاند که الیاف سلولزی اصلاحشدهٔ تولیدشده، فرصتهای تازهای برای توسعهٔ مواد سبز، پوششهای پایدار و فناوریهای مبتنی بر زیستمنابع فراهم میکند؛ فرصتهایی که بهویژه برای صنایع باتریسازی و بستهبندی آینده اهمیت ویژهای خواهد داشت.
