Pregătirea și caracterizarea compozitului argilă-celuloză cristalină bijoypur pentru aplicare
Pregătirea și caracterizarea compozitului argilă-celuloză cristalină bijoypur pentru aplicare ca adsorbant
Md. Minhajul Islam
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
M. Nuruzzaman Khan
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
Tasrina Rabia Choudhury
Laborator de chimie analitică, divizia de chimie, Bangladesh Atomic Energy Center, Dhaka, Bangladesh
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
Taslim U Rashid
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
Mohammed Mizanur Rahman
Departamentul de Chimie Aplicată și Inginerie Chimică, Facultatea de Inginerie și Tehnologie, Universitatea din Dhaka, Dhaka, Bangladesh
Abstract
Biocompozitul preparat din celuloză și argila Bijoypur (Kaolinite) au prezentat proprietăți îmbunătățite comparativ cu omologii lor originali. Celuloza extrasă din fibra de iută și argila Bijoypur modificată cu un agent tensioactiv au fost combinate pentru a fabrica un biocompozit prin metoda de exfoliere-adsorbție. A fost efectuat un studiu comparativ pentru a determina stabilitatea termică și capacitatea de adsorbție a materialelor compozite și prime. Caracterizările biocompozitelor au fost efectuate prin spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FT-IR), calorimetrie de scanare diferențială (DSC), analiză termogravimetrică (TGA) și analiză de microscopie electronică de scanare (SEM). Analiza FT-IR a arătat modificarea cu succes a argilei și încorporarea polimerului și a organoclaiului în biocompozite. Compozitul a prezentat proprietăți termice mai bune cu un procent crescut de argilă în analiza TGA. Mai mult, compozitul a prezentat o capacitate de adsorbție îmbunătățită a cromului hexavalent în soluție stoc comparativ cu adsorbantul natural, cum ar fi celuloza și argila.
Cuvinte cheie
Biopolimer, celuloză, argilă biopyur, compozit
Introducere
Biocompozitele polimer-argilă au atras o atenție specială în ultimii timpuri datorită avantajelor lor față de compozitele polimerice convenționale. Un astfel de tip de compozite preparate în studii recente conțin polimeri sintetici precum epoxi [1-3], metacrilat de metil [4], nailon [5], polianilină [6], polietilenă [7] și polipropilenă [8]. Cu toate acestea, materia primă pentru majoritatea polimerilor sintetici este combustibilul fosil, care este o cauză majoră a poluării mediului, datorită necesității de energie excesivă și a emisiilor de fum în timpul producției. Mai mult decât atât, non-biodegradabilitatea polimerilor sintetici duce la eliminarea și reciclarea problemelor, făcând aceste compozite mai puțin atrăgătoare. Pe de altă parte, polimerii biodegradabili naturali pot fi încorporați cu ușurință pentru a fabrica biocompozite care prezintă proprietăți îmbunătățite, precum și pentru a depăși problemele cu care se confruntă omologii pe bază de polimeri sintetici [8,9].
Polimerii biodegradabili care au fost utilizați pentru fabricarea compozitelor sunt celuloză [10,11], chitosan [8,12], polilactidă (PLA) [13], gelatină [14] și poli (3-hidroxi butirat) (PHB) [15] etc. Dintre acestea, celuloza este un polimer omniprezent și regenerabil prezent în natură ca material structural al plantelor. Producția anuală de biomasă de celuloză este de aproximativ un trilion de tone, ceea ce implică natura inepuizabilă a celulozei ca materie primă de polimer natural [16]. Nanocristalele de celuloză (CNC) au fost utilizate tipuri indiferente de aplicații, cum ar fi în textile, geluri, optică, aeronave, produse farmaceutice, aditivi alimentari, compozite, produse electronice, repararea dinților, înlocuirea oaselor și adsorbția [17]. Celuloza este o polizaharidă care conține aproximativ 1500 unități β-glucoză în care lanțurile sunt conectate împreună cu legături de hidrogen [18]. Important, celuloza conține grupuri hidroxil (-OH) pe inelul de glucoză care acționează ca locuri de coordonare a ionilor de metale grele, făcându-l un adsorbant natural atractiv [19-21].
Argila este o materie primă ușor disponibilă și ieftină [22]. Argila este aluminosilicații hidrați care alcătuiesc fracțiunea coloidală a solurilor, rocilor și sedimentelor [23]. Argilele conțin cationi și anioni schimbabili la suprafață, care pot fi folosiți pentru îndepărtarea poluanților prin schimb de ioni sau adsorbție sau ambii. Suprafața mare, structura stratificată, stabilitatea mecanică și respectul ecologic au făcut din lut o propunere atractivă ca material compozit [24]. Argilele sunt clasificate în mai multe tipuri, cum ar fi montmorillonit, kaolinit, pirofilit, clorit, hectorit, halloysite și bentonită în funcție de morfologia și compoziția lor chimică [25,26]. În acest studiu, argila Bijoypur, un tip de argilă caolinită disponibilă local, este utilizată pentru fabricarea biocompozitului. Fazele majore prezente în argila Bijoypur sunt caolinita, halloysite și cuarț. Argila Bijoypur are un conținut ridicat de SiO2 (70,08%), are și o cantitate semnificativă de Al2O3 (27,24%) și o cantitate relativ mică de Fe2O3 (1,03%) și TiO2 (1,65%) [27].