Использование целлюлозы и продуктов ее переработки для получения аэрогелей

В настоящее время активно исследуется возможность расширения областей применения целлюлозы. Отдельное внимание начинает уделяться продуктам деструкции целлюлозы – порошковым целлюлозным материалам. Наиболее распространенными порошковыми целлюлозными материалами являются микро- и наноцеллюлозы. Они обладают рядом уникальных характеристик, отличающихся от обычной целлюлозы, что обуславливает их использование в таких отраслях как строительная, косметическая, фармацевтическая промышленность. Порошковые целлюлозные материалы рассматриваются как материал для изготовления гибких экранов и 3D-моделирования. Наряду с этим возрастает интерес к высокопористым материалам на основе целлюлозы, в частности, получению аэрогелей из первичной целлюлозы, переработанных материалов (макулатура) и продуктов деструкции целлюлозы (например, микрокристаллической целлюлозы). Целлюлозные аэрогели относятся к биоаэрогелям (третий класс аэрогелей) и представляют собой новую категорию устойчивых и экологически безопасных материалов. В рамках выполнения данного исследования была оценена возможность получения аэрогелей из различных целлюлозных материалов. Былы исследованы структурноморфологические характеристики и удельная поверхность образцов порошковой целлюлозы, полученной сухим размолом на шаровой мельнице планетарного типа с разной продолжительностью. Из образцов беленой хвойной порошковой целлюлозы был получен и проанализирован аэрогель. Отмечено, что такая обработка не позволяет достаточно разработать поверхность целлюлозы и получить аэрогель с требуемыми характеристиками. С целью наиболее полной разработки поверхности образцов целлюлозы они были подвергнуты сернокислому гидролизу с выделением наноцеллюлозы. Полученные образцы наноцеллюлозы были использованы для изготовления аэрогелей. Было отмечено, что аэрогели на основе наноцеллюлозы обладают удельной поверхностью и объемом пор, которые требуются для таких материалов.

1. Аутлов С.А., Базарнова Н.Г., Кушнир Е.Ю. Микрокристаллическая целлюлоза: структура, свойства и области применения (обзор) // Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 33–41.

2. Топтунов Е.А., Севастьянова Ю.В. Порошковые целлюлозные материалы: обзор, классификация, характеристики и области применения // Химия растительного сырья. 2021. № 4. С. 31–45.

3. Федотова О.В., Трофимова К.В., Цыганков П.Ю., Сафаров Р.Р. Исследование влияния параметров получения высокопористых целлюлозных материалов на их структурные характеристики // ИВУЗ. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66, вып. 2. С. 107–113.

4. Al Abdallah H., Tannous J.H., Abu-Jdayil B. Cellulose and nanocellulose aerogels, their preparation methods, and potential applications: a review // Cellulose. 2024. Vol. 31. P. 2001–2029.

5. Abdel-Hakim A., Mourad R. Nanocellulose and its polymer composites: preparation, characterization, and applications // Russian Chemical Reviews. 2023. Vol. 92, no. 4. Art. no. RCR5076.

6. Adel A.M., El-Gendy A.A., Diab M.A., Abou-Zeid R.E., El-Zawawy W.K., Dufresne A. Microfibrillated cellulose from agricultural residues. Part I: Papermaking application // Industrial Crops and Products. 2016. Vol. 93. P. 161–174.

7. Dufresne A. Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial // Materials Today. 2013. Vol.16. P. 220–227.

8. Dunlop M.J., Acharya B., Bissessur R. Isolation of nanocrystalline cellulose from tunicates // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6, no. 4. P. 4408–4412.

9. Lavoine N., Bergström L. Nanocellulose-based foams and aerogels: processing, properties, and applications // Journal of Materials Chemistry A. 2017. No. 5. P. 16105–16117.

10. Long L.Y., Weng Y.X., Wang Y.Z. Cellulose aerogels: synthesis, applications, and prospects // Polymers. 2018. No. 8. P. 1-28.

11. Rahmanian V., Pirzada T., Wang S., Khan S.A. Cellulose-based hybrid aerogels: strategies toward design and functionality // Advanced Materials. 2021. No. 33. P. 1–26