Produção-Baixo custo de verde e de estabilidade térmica e carboxilado Celulose Nanocristais e nanofibrilas Usando altamente reciclável Dicarboxílicos Acids

desenvolvimento económico sustentável exige não só utilizando matérias-primas que são renovável e biodegradável, mas também utiliza tecnologias de fabricação verde e amiga do ambiente para produzir uma variedade de bioprodutos e bioquímicos destas matérias-primas renováveis. Nanomateriais celulose, tais como celulose nanocristais (CNC) e nanofibrilas de celulose (CNF), produzidos a partir de lignoceluloses renováveis são biodegradáveis e têm propriedades mecânicas e ópticas únicas adequadas para o desenvolvimento de uma variedade de bioprodutos ^{1, 2.} Infelizmente, as tecnologias existentes para a produção de nanomateriais de celulose são ou intensiva de energia ao usar desfibramento mecânico puro ou ambientalmente insustentável devido à não-reciclagem ou reciclagem insuficiente de produtos químicos de processamento, tais como quando se utiliza o processo de hidrólise ácida mineral concentrado ^3-8 ou oxidação métodos ^{9- 11.} Além disso, métodos de oxidação também pode produzir COMPO ambientalmente tóxicoUNDOS por reacção com lignoceluloses. Portanto, o desenvolvimento de tecnologias de fabricação verde para a produção de nanomateriais de celulose é criticamente importante para a plena utilização do material abundante e renovável – lignocelulose.

Utilizando hidrólise ácida para dissolver a hemicelulose e celulose despolimerizar é uma abordagem eficaz para a produção de celulose nanomateriais. Ácidos sólidos têm sido utilizados para a produção de açúcar a partir de celulose, com a vantagem de facilitar a recuperação do ácido ^{12, 13.} Estudos anteriores, usando ácidos minerais concentrados indicou que a concentração de ácido menor rendimento melhorado CNC e cristalinidade ^{3, 5.} Isto sugere que um ácido forte pode danificar os cristais de celulose, enquanto uma hidrólise ácida mais suave pode melhorar as propriedades e o rendimento dos nanomateriais de celulose através da abordagem de produção integrada e CNC com CNF ^{3, 14.} Aqui nós documentar um método que utiliza ácidos dicarboxílicos sólida hidrólise concentrado para produce CNC junto com CNF ^15. Estes ácidos dicarboxílicos tem baixa solubilidade a temperaturas baixas ou à temperatura ambiente, e, portanto, eles podem ser facilmente recuperado através de cristalização a tecnologia madura. Eles também têm boa solubilidade a temperaturas elevadas que facilita a hidrólise ácida concentrada sem ferver ou usar vasos de pressão. Uma vez que estes ácidos também tem um pKa maior do que os ácidos minerais típicos usados ​​para a produção de CNC, o seu uso resulta em boa cristalinidade CNC, e apesar de menor rendimento CNC, com uma quantidade substancial de resíduo sólido fibrosas celulósicas (FCSR ou fibras parcialmente hidrolisados) restantes devido despolimerização de celulose incompleta. O FCSR pode ser usado para produzir CNF através subsequente desfibramento mecânico utilizando entradas de baixa energia. Portanto, a perda de celulose em açúcares é mínima em comparação com o uso de ácidos minerais.

É bem conhecido que os ácidos carboxílicos podem esterificar celulose através de Fisher-Speier esterificação ¹⁶. Aplicando ácidos dicarboxílicos a celulose pode resultar em semi-ácido ésteres un-reticuladas ¹⁷ (ou carboxilação), para produzir carboxilado CNC e CNF como demonstramos ¹⁵ anteriormente. O método documentado aqui pode produzir carboxilado e termicamente estável CNF e CNC, que também é altamente cristalino a partir de polpas quer branqueada ou crua ao ter de recuperação química relativamente simples e de alta e usando entradas de baixa energia.