Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора
The main idea of this work is the investigation of structural and morphological characteristics of microcrystalline cellulose with switchgrass (Panicum virgatum L.) by the method of organo-solvent cooking with the addition of various brands of ion-exchange resins instead of sulfuric acid. A sulfonat...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/708 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543953966333952 |
|---|---|
| author | Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Pavliuk, O. V. Yevdokymenko, V. O. |
| author_facet | Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Pavliuk, O. V. Yevdokymenko, V. O. |
| author_sort | Tkachenko, T. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:50:34Z |
| description | The main idea of this work is the investigation of structural and morphological characteristics of microcrystalline cellulose with switchgrass (Panicum virgatum L.) by the method of organo-solvent cooking with the addition of various brands of ion-exchange resins instead of sulfuric acid. A sulfonated copolymer of styrene and divinyl benzene with two functional groups per ring - Purolite CT-275 and a sulfonated copolymer based on tetrafluoroethylene - Nafion NR-50 were chosen as initial ion exchange resins. Air-dry switchgrass (Panicum virgatum L.), a technical culture, was used for the research. Microcrystalline cellulose (MCC) was obtained from it by the method of organo-solvent cooking with the addition of a solid catalyst. Using the methods of XRD, FTIR-ATR, AFM, TGA and DSC, the structure and morphology of MCC were studied. It is found that the use of ion-exchange resins in the organo-solvent method of obtaining MCC in a batch reactor requires the use of protective covers for the catalyst to avoid its mechanical damage. It has been found that only sulfonated copolymers based on tetrafluoroethylene are stable in the cooking solution, in contrast to sulfonated copolymers of styrene and divinylbenzene, and allow obtaining MCC from millet with a yield of 53 % versus 40 % for the classical method and a degree of polymerization of 440 versus 578, respectively. Due to the destruction of amorphous binders in the MCC’s from switchgrass (Panicum virgatum L.), regardless of the conditions of its production, we observe further ordering of the structure of the obtained MCC which is expressed in narrower and more intense peaks in the range 2? = 22–23°. The FTIR-ATR method showed that the obtained MCC has functional groups similar to commercial M-1021. The AFM method showed that MCC has a globular and wavy relief. Surface roughness with globular relief is 12.6 nm. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:12Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-708 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:39Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7082025-06-19T09:50:34Z Physico-chemical characteristics of microcrystalline cellulose from switchgrass (Panicum virgatum L.) obtained in the presence of a solid catalyst Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Pavliuk, O. V. Yevdokymenko, V. O. microcrystalline сellulose switchgrass ion-exchange resin relief of the surface Nafion NR-50 мікрокристалічна целюлоза просо прутовидне іонообмінна смола рельєф поверхні Nafion NR-50 The main idea of this work is the investigation of structural and morphological characteristics of microcrystalline cellulose with switchgrass (Panicum virgatum L.) by the method of organo-solvent cooking with the addition of various brands of ion-exchange resins instead of sulfuric acid. A sulfonated copolymer of styrene and divinyl benzene with two functional groups per ring - Purolite CT-275 and a sulfonated copolymer based on tetrafluoroethylene - Nafion NR-50 were chosen as initial ion exchange resins. Air-dry switchgrass (Panicum virgatum L.), a technical culture, was used for the research. Microcrystalline cellulose (MCC) was obtained from it by the method of organo-solvent cooking with the addition of a solid catalyst. Using the methods of XRD, FTIR-ATR, AFM, TGA and DSC, the structure and morphology of MCC were studied. It is found that the use of ion-exchange resins in the organo-solvent method of obtaining MCC in a batch reactor requires the use of protective covers for the catalyst to avoid its mechanical damage. It has been found that only sulfonated copolymers based on tetrafluoroethylene are stable in the cooking solution, in contrast to sulfonated copolymers of styrene and divinylbenzene, and allow obtaining MCC from millet with a yield of 53 % versus 40 % for the classical method and a degree of polymerization of 440 versus 578, respectively. Due to the destruction of amorphous binders in the MCC’s from switchgrass (Panicum virgatum L.), regardless of the conditions of its production, we observe further ordering of the structure of the obtained MCC which is expressed in narrower and more intense peaks in the range 2? = 22–23°. The FTIR-ATR method showed that the obtained MCC has functional groups similar to commercial M-1021. The AFM method showed that MCC has a globular and wavy relief. Surface roughness with globular relief is 12.6 nm. Основною ідеєю даної роботи є дослідження структурних та морфологічних характеристик мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.) методом органо-сольвентної варки з додаванням різних марок іонообмінних смол замість сірчаної кислоти. Як вихідні іонообмінні смоли обрано сульфований співполімер стиролу та дивінілбензолу з двома функціональними групами на одне кільце – Purolite CT-275 та сульфований сополімер на основі тетрафторетилену – Nafion NR-50. Для дослідження обрано технічну культуру - висушене на повітрі прутовидне просо (Panicum virgatum L.). З нього одержали мікрокристалічну целюлозу (МКЦ) методом органосольвентного варіння з додаванням твердого каталізатора. За допомогою методів XRD, XRF, FTIR-ATR, AFM, TGA та DSC досліджено структуру та морфологію МКЦ. Було виявлено, що використання іонообмінних смол при органо-сольвентному способі одержання МКЦ у реакторі періодичної дії вимагає застосування захисних чохлів для каталізатора, щоб уникнути його механічного пошкодження. Встановлено, що лише сульфовані сополімери на основі тетрафторетилену є стійкими у варочному розчині, на відміну від сульфованих сополімерів стиролу та дивінілбензолу, і дозволяють одержати МКЦ з проса з виходом 53 % проти 40 % для класичного способу і ступенем полімеризації 441 проти 578, відповідно. Завдяки руйнуванню аморфних в’яжучих у МКЦ з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), незалежно від умов його виробництва (на твердому чи рідкому каталізаторі), спостерігається подальше впорядкування структури отриманої МКК, що виражається в більш вузьких і інтенсивніших піках в діапазоні 2? = 22-23°. Методом FTIR-ATR показано, що отримана МКЦ має функціональні групи, аналогічні комерційній M-1021. Методом AFM показано, що МКК має глобулярний та хвилеподібний рел’єф. Шорсткість поверхні при глобулярному рельєфі складає 12.6 нм. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-02-21 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/708 10.15407/hftp15.01.057 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 1 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 57-66 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 1 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 57-66 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 1 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 57-66 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/708/723 Copyright (c) 2024 T. V. Tkachenko, O. O. Haidai, D. S. Kamenskyh, Y. V. Sheludko, O. V. Pavliuk, V. O. Yevdokymenko |
| spellingShingle | мікрокристалічна целюлоза просо прутовидне іонообмінна смола рельєф поверхні Nafion NR-50 Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Pavliuk, O. V. Yevdokymenko, V. O. Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title | Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title_alt | Physico-chemical characteristics of microcrystalline cellulose from switchgrass (Panicum virgatum L.) obtained in the presence of a solid catalyst |
| title_full | Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title_fullStr | Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title_full_unstemmed | Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title_short | Фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (Panicum virgatum L.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| title_sort | фізико-хімічні характеристики мікрокристалічної целюлози з проса прутовидного (panicum virgatum l.), одержаної в присутності твердого каталізатора |
| topic | мікрокристалічна целюлоза просо прутовидне іонообмінна смола рельєф поверхні Nafion NR-50 |
| topic_facet | microcrystalline сellulose switchgrass ion-exchange resin relief of the surface Nafion NR-50 мікрокристалічна целюлоза просо прутовидне іонообмінна смола рельєф поверхні Nafion NR-50 |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/708 |
| work_keys_str_mv | AT tkachenkotv physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT haidaioo physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT kamenskyhds physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT sheludkoyv physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT pavliukov physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT yevdokymenkovo physicochemicalcharacteristicsofmicrocrystallinecellulosefromswitchgrasspanicumvirgatumlobtainedinthepresenceofasolidcatalyst AT tkachenkotv fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora AT haidaioo fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora AT kamenskyhds fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora AT sheludkoyv fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora AT pavliukov fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora AT yevdokymenkovo fízikohímíčníharakteristikimíkrokristalíčnoícelûlozizprosaprutovidnogopanicumvirgatumloderžanoívprisutnostítverdogokatalízatora |