ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ И РАЗРАБОТКА ГЕЛЬ-ПЛЁНОК НА ЕЁ ОСНОВЕ

В настоящей работе рассматривается процесс получения микрокристаллической целлюлозы путём удаления лигнина из биомассы и изучение её свойств. В качестве биомассы использовалась рисовая шелуха, являющаяся сельскохозяйственными отходами. Было установлено влияние соотношения биомассы и пероксиуксусной кислоты на выход микрокристаллической целлюлозы. Выход микрокристаллической целлюлозы из рисовой шелухи при соотношении 1/14 составил 70%. Кроме того, были получены гель-плёнки на основе рисовой МКЦ и альгината натрия, и исследованы их гидролитические свойства. В кислой среде (pH 4.08) за 7 дней зафиксировано снижение массы плёнки на 66%, что подтверждает её чувствительность к pH и биоразлагаемость.

Изучены морфологическая поверхность, средний размер частиц и структура образцов. Морфология поверхности образцов была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа, и установлено, что средний размер частиц составляет 7-10 мкм. РФА подтвердил аморфно-кристаллическую природу материала.

ИК спектроскопия Фурье-преобразования подтвердила наличие гидроксильных, карбонильных и эфирных групп. Результаты термогравиметрического анализа (ТГА) показали термическую стабильность полученных гель-плёнок.

Разработанный способ получения микрокристаллической целлюлозы из биомассы не требует многостадийной обработки по сравнению с традиционными методами и безопасен для окружающей среды. Показано, что можно получить качественную микрокристаллической целлюлозы в одну стадию без использования реагентов, содержащих серу и хлор, высокого давления и больших затрат воды.

Интерес к микрокристаллической целлюлозе обусловлен её уникальными свойствами, такими как лёгкость, нетоксичность, биосовместимость и биологическая разлагаемость. В настоящее время она пользуется большим спросом в производстве аэрогелей, гелей, биокомпозитов, биологически разлагаемых материалов и плёнок.

1. Li S., Chen G. Agricultural waste-derived superabsorbent hydrogels: Preparation, performance, and socioeconomic impacts // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 251. – Article 119669. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119669

2. Cao G., Zhang X., Wang Y., et al. Estimation of emissions from field burning of crop straw in China // Chinese Science Bulletin. – 2008. – Vol. 53. – P. 784–790. https://doi.org/10.1007/s11434-008-0145-4

3. Peck M.D. Epidemiology of burns throughout the world. Part I: Distribution and risk factors // Burns. – 2011. – Vol. 37, No. 7. – P. 1087–1100. https://doi.org/10.1016/j.burns.2011.06.005

4. Lin N., Dufresne A. Nanocellulose in biomedicine: Current status and future prospect // European Polymer Journal. – 2014. – Vol. 59. – P. 302–325. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.07.025

5. Jorfi M., Foster E.J. Recent advances in nanocellulose for biomedical applications // Journal of Applied Polymer Science. – 2014. – Vol. 132. – Article 41719. – https://doi.org/10.1002/app.41719

6. Wang B., Sain M. Isolation of nanofibers from soybean source and their reinforcing capability on synthetic polymers // Composites Science and Technology. – 2007. – Vol. 67, Issues 11–12. – P. 2521–2527. – https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.12.015.

7. Morán J.I., Alvarez V.A., Cyras V.P., et al. Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers // Cellulose. – 2008. – Vol. 15. – P. 149–159. https://doi.org/10.1007/s10570-007-9145-9

8. Fan G., Wang M., Liao C., et al. Isolation of cellulose from rice straw and its conversion into cellulose acetate catalyzed by phosphotungstic acid // Carbohydrate Polymers. – 2013. – Vol. 94, No. 1. – P. 71–76. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.01.073

9. Antony C.F.L., Sivakumar V., Gupta S. Innovative strategy for rice straw valorization into nanocellulose and nanohemicellulose and its application // Industrial Crops and Products. – 2022. – Vol. 179. – Article 114695. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114695

10. Chen Y., Wu Q., Huang B., et al. Isolation and characteristics of cellulose and nanocellulose from lotus leaf stalk agro-wastes // BioResources. – 2015. – Vol. 10, № 1. – P. 684–696.

11. Andresen M., Stenstad P., Møretrø T., et al. Nonleaching antimicrobial films prepared from surface-modified microfibrillated cellulose // Biomacromolecules. – 2007. – Vol. 8, No. 7. – P. 2149–2155. https://doi.org/10.1021/bm070304e

12. Barbash V., Poyda V., Deykun I. Peracetic acid pulp from annual plants // Cellulose Chemistry and Technology. – 2011. – Vol. 45, No. 9–10. – P. 613–618.

13. Минакова А.Р. Получение целлюлозы оксилительно-органосольвентным способом при переработке недревесного растительного сырья: дис. ... канд. техн. наук. – Архангельск, 2008. – 151 с.

14. Akatan K., Kabdrakhmanova S., Kuanyshbekov T., et al. Highly-efficient isolation of microcrystalline cellulose and nanocellulose from sunflower seed waste via environmentally benign method // Cellulose. – 2022. – Vol. 29. – P. 6503–6521. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04527-4

15. Дрикер Б.Н., Вураско А.В., Галимова А.Р. Получение и свойства окислительно-органосольвентной целлюлозы из недревесного растительного сырья // Лесной вестник. – 2008. – № 3. – С. 153–156.

16. Gounden V., Singh M. Hydrogels and wound healing: current and future prospects // Gels. – 2024. – Vol. 10. – Article 43. https://doi.org/10.3390/gels10010043

17. Chen C., Xi Y., Weng Y. Recent advances in cellulose-based hydrogels for tissue engineering applications // Polymers. – 2022. – Vol. 14. – Article 3335. https://doi.org/10.3390/polym14163335

18. Deng Y., Yang N., Okoro O.V., et al. Alginate-based composite and its biomedical applications // Properties and Applications of Alginates // ed. by Rehm B.H.A. – IntechOpen, 2021. https://doi.org/10.5772/intechopen.99494

19. Klemm D., Kramer F., Moritz S., Lindström T., Ankerfors M., Gray D., Dorris A. Nanocelluloses: A new family of nature-based materials // Angewandte Chemie International Edition. – 2011. – Vol. 50. – P. 5438–5466. https://doi.org/10.1002/anie.201001273

20. French A.D. Idealized powder diffraction patterns for cellulose polymorphs // Cellulose. – 2014. – Vol. 21. – P. 885–896. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0030-4