ارائه کننده: سیده فائقه موسوی

استاد راهنما: دکتر امیر خسروانی

استاد مشاور: دکترپژمان رضائی چرانی

استاد مشاور دوم: دکترآلخاندرو رودریگز پاسکال

استاد ناظر داخلی: دکتر ربیع بهروز اشکیکی، دکتر مهدی رحمانی نیا

استاد ناظر خارجی: دکتر محمدآزاد فلاح، دکتر نورالدین نظرنژاد

نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر سعید کاظمی نجفی

تاریخ: ۱۴۰۵/۰۷/۲۱

ساعت: ۰۸:۰۰

مکان: سالن اصلی کاخ

چکیده:

تنوع منابع و روش‌های تولید سلولز و لیگنوسلولز نانوفیبریله موجب تفاوت گسترده در ویژگی‌ها و تولید آنها شده است؛ بنابراین، بررسی گسترده شاخص‌های ساده و کارآمد در محدوده‌های مختلف انواع نانوالیاف لیگنوسلولزی برای عیارسنجی بیش از پیش ضروری شده است. از سوی دیگر، در سال‌های اخیر، محدودکردن فرآیندهای لیگنین‌زدایی (در تولید لیگنوسلولزنانوفیبریله) با هدف کاهش هزینه، افزایش بازده و مزایای زیست‌محیطی، افزایش یافته است. هدف این پژوهش، ابتدا ارزیابی اثر لیگنین باقیمانده بر کیفیت لیگنوسلولز نانوفیبریله و از سوی دیگر، بررسی امکان عیارسنجی لیگنوسلولز نانوفیبریله با استفاده از برخی شاخص‌های کیفیت و تحلیل اثر حضور لیگنین بر میزان کارایی این شاخص‌ها در فرآیند عیارسنجی و میزان ارتباط و همبستگی آنها بوده است. بر همین اساس، در این پژوهش، خمیر کرافت رنگبری شده و نشده با مقادیر مختلف لیگنین از چیپس چوب صنوبر تهیه و پس از فرایند نانوفیبریلاسیون، ویژگی‌ها و شاخص­های مهم در ارزیابی نانوالیاف و نانوکاغذ تولیدی بررسی شد. بر اساس نتایج بدست‌آمده، در خصوص CNF (سلولزنانوفیبریله از خمیر کاملارنگبری‌شده)، میانگین قطری 43/20 نانومتر و پراکنش 99/2-74/5 نانومتر، شاخص درصد نانوماده 5/18، مقدار نگهداری آب 663%، شاخص کدورت NTU 374 و مقاومت به کشش 03/106 مگاپاسکال بدست آمد، در حالی که برای LCNF5  (لیگنوسلولزنانوفیبریله دارای 5 درصد لیگنین کلاسون) میانگین قطری34/16 نانومتر و پراکنش 58/56-14/5 نانومتر، شاخص درصد نانوماده 4/37، مقدار نگهداری آب 930%، شاخص کدورت NTU 292 و مقاومت به کشش 8/123 مگاپاسکال بوده است که این مقادیر بیانگر وقوع فیبریلاسیون مؤثرتر در حضور مقدار کم لیگنین باقیمانده نسبت به سایر نانوالیاف تولیدی حتی سلولز نانوفیبریله (بدون لیگنین و با دوبرابر دفعات عبور از دستگاه) شده است. اما درخصوص LCNF11، میانگین قطری، 89/31 نانومتر و پراکنش 32/138-02/6 نانومتر، شاخص درصد نانوماده 9/21، مقدار نگهداری آب 679%، شاخص کدورت NTU 403 و مقاومت به کشش 74/101 مگاپاسکال بدست آمد که نشان داد، افزایش میزان لیگنین باقیمانده، منجر به کاهش کارایی فرآیند فیبریلاسیون مکانیکی و تضعیف نسبی برخی خواص شده است. با این حال، تحلیل نتایج نشان داد افزایش مقدار لیگنین باقی‌مانده می‌تواند به‌عنوان یک عامل تقویت‌کننده برای برخی ویژگی و قابلیت­های نانوکاغذ، از جمله؛ نفوذپذیری بخار آب، جذب آب و زاویه تماس عمل کند. اما، بر اساس ویژگی‌هایی نظیر مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، شاخص نانوماده، مقدار نگهداری آب و میزان عبور نور که وابستگی مستقیمی به شدت و کارایی نانوفیبریلاسیون داشتند، ایده اثر دوگانه (تقویت/ مهار) لیگنین بر فرایند نانوفیبریلاسیون، بسته به مقدار لیگنین، تأیید شد. لذا، می‌توان مقدار متوسط و بهینه‌ای از لیگنین باقیمانده را به‌عنوان سطح بهینه پیشنهاد کرد؛ سطحی که در آن ساختار لیگنین تا حدی تخریب و گسسته می‌شود به نحوی که مانعی برای فیبریلاسیون ایجاد نکند، اما همچنان اثرات تقویتی و مطلوب خود را حفظ نماید. همچنین، در این تحقیق، کارایی برخی شاخص‌های عیارسنجی بر اساس دقت و تعمیم‌پذیری به کل نانوالیاف تولیدی و شاخص همبستگی آنها ارزیابی شد. بر اساس مطالعه شاخص‌های بررسی شده از مدل‌های ارزیابی کیفیت، می‌توان نتیجه گرفت انتخاب شاخص‌های عیارسنجی باید مبتنی بر کاربرد و اهداف مدنظر از نانوالیاف باشد. به‌علاوه، به‌منظور بررسی روابط میان این شاخص‌ها، پس از فرایند لیگنین‌زدایی، تحلیل آماری مؤلفه‌های اصلی (PCA) انجام شد. نتایج PCA تأیید کرد که شاخص نانوماده، مقاومت کششی، مقدار نگهداری آب، کدورت و تا حدودی مدول کششی با یکدیگر همبستگی داشته و در اطراف محور مؤلفه اصلی اول (PC1) در یک گروه قرار گرفتند.