Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі
Currently, there is increased interest in growing hemp as well as in large-scale hemp products. The main research focuses on the use of seeds and fibres. At the same time, the remaining hurd is proposed to be used for mulching, making insulation and bedding for animals. Due to the cellulose’s high c...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/750 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543962449313793 |
|---|---|
| author | Barybina, L. O. Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Sokol, V. S. Korinenko, B. V. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Povazhny, V. A. Bohatyrenko, V. A. Ruban, S. V. Yevdokymenko, V. O. |
| author_facet | Barybina, L. O. Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Sokol, V. S. Korinenko, B. V. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Povazhny, V. A. Bohatyrenko, V. A. Ruban, S. V. Yevdokymenko, V. O. |
| author_sort | Barybina, L. O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:27:10Z |
| description | Currently, there is increased interest in growing hemp as well as in large-scale hemp products. The main research focuses on the use of seeds and fibres. At the same time, the remaining hurd is proposed to be used for mulching, making insulation and bedding for animals. Due to the cellulose’s high content in its composition with a relatively low content of inorganic components, it can be a promising raw material for obtaining microcrystalline cellulose (MCC). Therefore, our work aimed to obtain MCC from hemp husks, establish its physicochemical characteristics and compare them with the indicators of MCC previously obtained from another flax culture. Air-dry hemp hurd, waste after the fibre extraction from technical hemp, was used for the research. It has the following characteristics: humidity of 8 %, the proportion of organic components to dry weight of 97.3 % (cellulose – 48.4, hemicellulose – 25.8, lignin – 20.9 % mass) and inorganic components – 2.7 %. To obtain microcrystalline cellulose, the hemp hurd was subjected to organo-solvent cooking. The structure and morphology of the MCC were studied using methods such as XRD, XRF, FTIR-ATR, low-temperature nitrogen sorption-desorption, AFM, TGA, and DSC. It was found that by the organo-solvent cooking method, it is possible to obtain MCC with a yield of 83.2 %. The resulting product was a white, tasteless, and odourless substance with 96.9 % organic components (including 98.5 % cellulose and 1.5 % lignin) and 3.1 % inorganic components (including 91.4 % SiO2). The XRD method confirmed the presence of a crystalline component in the obtained MCC due to the availability of the intensity of the peak reflex in the region 2? = 22–23° which corresponds to the plane 002 of the crystal lattice of natural cellulose I. Based on these data, the crystallinity index was calculated – 0.88. The FTIR spectrum of the sample shows typical functional groups corresponding to MCC. There are two distinct mass loss steps in thermograms (TGA). It was found that the obtained samples had a specific surface area of 2.6 m2/g and a pore diameter of 3.6 nm, which indicates an MCC's non-porous structure. The AFM method shows that the particles are distributed throughout the scan, while there are no clusters of particles and their agglomerates, the height of which elements varies from 5.0 to 11.1 nm. Surface roughness Ra = 1.3–1.4 nm. |
| first_indexed | 2025-09-24T17:25:28Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-750 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:58Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7502025-06-19T09:27:10Z Structural and morphological features of microcrystalline сellulose from industrial hemp hurd Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі Barybina, L. O. Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Sokol, V. S. Korinenko, B. V. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Povazhny, V. A. Bohatyrenko, V. A. Ruban, S. V. Yevdokymenko, V. O. microcrystalline сellulose hemp hurd flax organo-solvent cooking relief of the surface мікрокристалічна целюлоза костра коноплі льон рельєф поверхні Currently, there is increased interest in growing hemp as well as in large-scale hemp products. The main research focuses on the use of seeds and fibres. At the same time, the remaining hurd is proposed to be used for mulching, making insulation and bedding for animals. Due to the cellulose’s high content in its composition with a relatively low content of inorganic components, it can be a promising raw material for obtaining microcrystalline cellulose (MCC). Therefore, our work aimed to obtain MCC from hemp husks, establish its physicochemical characteristics and compare them with the indicators of MCC previously obtained from another flax culture. Air-dry hemp hurd, waste after the fibre extraction from technical hemp, was used for the research. It has the following characteristics: humidity of 8 %, the proportion of organic components to dry weight of 97.3 % (cellulose – 48.4, hemicellulose – 25.8, lignin – 20.9 % mass) and inorganic components – 2.7 %. To obtain microcrystalline cellulose, the hemp hurd was subjected to organo-solvent cooking. The structure and morphology of the MCC were studied using methods such as XRD, XRF, FTIR-ATR, low-temperature nitrogen sorption-desorption, AFM, TGA, and DSC. It was found that by the organo-solvent cooking method, it is possible to obtain MCC with a yield of 83.2 %. The resulting product was a white, tasteless, and odourless substance with 96.9 % organic components (including 98.5 % cellulose and 1.5 % lignin) and 3.1 % inorganic components (including 91.4 % SiO2). The XRD method confirmed the presence of a crystalline component in the obtained MCC due to the availability of the intensity of the peak reflex in the region 2? = 22–23° which corresponds to the plane 002 of the crystal lattice of natural cellulose I. Based on these data, the crystallinity index was calculated – 0.88. The FTIR spectrum of the sample shows typical functional groups corresponding to MCC. There are two distinct mass loss steps in thermograms (TGA). It was found that the obtained samples had a specific surface area of 2.6 m2/g and a pore diameter of 3.6 nm, which indicates an MCC's non-porous structure. The AFM method shows that the particles are distributed throughout the scan, while there are no clusters of particles and their agglomerates, the height of which elements varies from 5.0 to 11.1 nm. Surface roughness Ra = 1.3–1.4 nm. Нині існує підвищений інтерес до вирощування конопель, а також до продуктів з неї. Основні дослідження спрямовані на використанні насіння та волокон. Водночас костру, яка залишається, пропонується використовувати для мульчування, виготовлення утеплювачів та підстилок для тварин. З огляду на високий вміст целюлози в її складі при низькому вмісті неорганічних складових вона може бути перспективною сировиною для отримання мікрокристалічної целюлози (МКЦ). Тому метою нашої роботи було отримання МКЦ з костри коноплі, встановлення її фізико-хімічних характеристик та порівняння їх з показниками МКЦ, отриманої раніше з іншої луб’яної культури льону. Для досліджень використовували повітряно-суху конопляну костру – відходи після вилучення волокна з технічних конопель. Вона має такі характеристики: вологість 8 %, частка органічних компонентів до сухої маси 97.3 % (целюлози – 48.4, геміцелюлози – 25.8, лігніну – 20.9 % мас.) та неорганічних компонентів – 2.7 %. Для одержання мікрокристалічної целюлози конопляну костру піддавали органо-сольвентному варінню. За допомогою методів низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту, XRD, XRF, FTIR-ATR, AFM, TGA та DSC досліджено структуру та морфологію МКЦ. Встановлено, що органосольвентним методом варіння можна отримати МКЦ з виходом 83.2 %. Отриманий продукт був білою речовиною без смаку та запаху з 96.9 % органічних компонентів (включаючи 98.5 % целюлози 1.5 % лігніну) та 3.1 % неорганічних компонентів (включаючи 91.4 % SiO2). Методом XRD підтверджено наявність кристалічної складової в отриманому МКЦ за рахунок наявності інтенсивності пікового рефлексу в області 2? = 22–23°, що відповідає площині 002 кристалічної ґратки природної целюлози I. За цими даними розраховано індекс кристалічності – 0.88. Спектр FT-IR зразка показує типові функціональні групи, що відповідають МКЦ. На термограмах (TGA) є дві чіткі області втрати маси. Встановлено, що отримані зразки мають питому поверхню 2.6 м2/г та діаметр пор 3.6 нм, що свідчить про непористу структуру МКЦ. Метод AFM показує, що частинки розподілені по всьому скану, при цьому відсутні скупчення частинок та їхні агломерати, висота елементів яких коливається від 5.0 до 11.1 нм. Шорсткість поверхні Ra = 1.3–1.4 нм. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-11-23 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/750 10.15407/hftp15.04.524 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 4 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 524-533 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 4 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 524-533 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 4 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 524-533 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/750/768 Copyright (c) 2024 L. O. Barybina, T. V. Tkachenko, O. O. Haidai, V. S. Sokol, B. V. Korinenko, D. S. Kamenskyh, Y. V. Sheludko, V. A. Povazhny, V. A. Bohatyrenko, S. V. Ruban, V. O. Yevdokymenko |
| spellingShingle | мікрокристалічна целюлоза костра коноплі льон рельєф поверхні Barybina, L. O. Tkachenko, T. V. Haidai, O. O. Sokol, V. S. Korinenko, B. V. Kamenskyh, D. S. Sheludko, Y. V. Povazhny, V. A. Bohatyrenko, V. A. Ruban, S. V. Yevdokymenko, V. O. Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title | Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title_alt | Structural and morphological features of microcrystalline сellulose from industrial hemp hurd |
| title_full | Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title_fullStr | Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title_full_unstemmed | Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title_short | Структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| title_sort | структурні та морфологічні особливості мікрокристалічної целюлози із костри технічної коноплі |
| topic | мікрокристалічна целюлоза костра коноплі льон рельєф поверхні |
| topic_facet | microcrystalline сellulose hemp hurd flax organo-solvent cooking relief of the surface мікрокристалічна целюлоза костра коноплі льон рельєф поверхні |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/750 |
| work_keys_str_mv | AT barybinalo structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT tkachenkotv structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT haidaioo structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT sokolvs structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT korinenkobv structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT kamenskyhds structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT sheludkoyv structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT povazhnyva structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT bohatyrenkova structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT rubansv structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT yevdokymenkovo structuralandmorphologicalfeaturesofmicrocrystallinesellulosefromindustrialhemphurd AT barybinalo strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT tkachenkotv strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT haidaioo strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT sokolvs strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT korinenkobv strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT kamenskyhds strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT sheludkoyv strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT povazhnyva strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT bohatyrenkova strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT rubansv strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí AT yevdokymenkovo strukturnítamorfologíčníosoblivostímíkrokristalíčnoícelûloziízkostritehníčnoíkonoplí |