Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози
Miscanthus shows great potential for producing cellulosic materials due to its high yield and low cultivation requirements. This fast-growing perennial grass can serve as an alternative raw material, replacing traditional wood. Research conducted abroad has indicated that the original Miscanthus spe...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/849 |
| 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_ | 1860507111632404480 |
|---|---|
| author | Tkachenko, T.V. Haidai, O.O. Korinenko, B.V. Kamenskyh, D.S. Baran, M.M. Povazhny, V.A. Starik, S.P. Bohatyrenko, V.A. Bratishko, V.V. Yevdokymenko, V.O. |
| author_facet | Tkachenko, T.V. Haidai, O.O. Korinenko, B.V. Kamenskyh, D.S. Baran, M.M. Povazhny, V.A. Starik, S.P. Bohatyrenko, V.A. Bratishko, V.V. Yevdokymenko, V.O. |
| author_sort | Tkachenko, T.V. |
| baseUrl_str | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-08T12:55:27Z |
| description | Miscanthus shows great potential for producing cellulosic materials due to its high yield and low cultivation requirements. This fast-growing perennial grass can serve as an alternative raw material, replacing traditional wood. Research conducted abroad has indicated that the original Miscanthus species affects the quality of the final product; however, similar studies on domestic varieties are lacking. Our study aimed to obtain microcrystalline cellulose (MCC) from different Miscanthus species, found their physicochemical characteristics, and compare them. We used air-dried Giant miscanthus (Miscanthus giganteus), Chinese miscanthus (Miscanthus sinensis), and Sugar miscanthus (Miscanthus sacchariflorus), which are considered technical crops. The composition of these species was as follows: cellulose content of 46.0, 44.8, and 42.2 %; hemicellulose content of 23.2, 28.3, and 27.2 %; lignin content of 14.2, 11.5, and 10.8 %; and ash content of 2.8, 4.1, and 6.7 %, respectively. To produce microcrystalline cellulose, the Miscanthus species underwent organo-solvent cooking. We studied the structure and morphology of the resulting MCC using various methods, including X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Fourier-transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR), and atomic force microscopy (AFM). The results indicated that MCC was successfully obtained from Giant miscanthus, Chinese miscanthus, and Sugar miscanthus, with yields of 95.9, 95.4, and 95.2 %, respectively, using the organo-solvent cooking method. The final product was a white, tasteless, and odourless substance with the following organic components: 95.8, 94.0, and 90.9 % (including 97.7, 96.4, and 97.8 % cellulose, as well as 2.3, 3.6, and 2.2 % lignin). The inorganic components accounted for 4.2, 6.0, and 9.1 % (including 96.1, 69.9, and 95.3 % SiO2, respectively). The XRD method confirmed the presence of a crystalline structure in the obtained MCC, with calculated crystallinity indexes of 0.73, 0.68, and 0.60. The FTIR-ATR spectra revealed typical functional groups associated with MCC and pure silicon dioxide at wavenumbers of 1148–1144, 901–898, and 450–414 cm–1. Furthermore, AFM analysis demonstrated that the particles were nanoscale in size. All MCC samples exhibited a striped texture characterised by nearly parallel and linear stripes. Notably, the MCC derived from Sugar miscanthus displayed a partially globular surface relief. |
| doi_str_mv | 10.15407/hftp17.01.050 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:36:15Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-849 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:43Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8492026-03-08T12:55:27Z Influence of miscanthus species on structural and morphological features of obtained microcrystalline cellulose Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози Tkachenko, T.V. Haidai, O.O. Korinenko, B.V. Kamenskyh, D.S. Baran, M.M. Povazhny, V.A. Starik, S.P. Bohatyrenko, V.A. Bratishko, V.V. Yevdokymenko, V.O. microcrystalline сellulose Giant miscanthus Chinese miscanthus Sugar miscanthus organo-solvent cooking relief of the surface мікрокристалічна целюлоза Міскантус гігантський Міскантус китайський Міскантус цукровий органо-сольвентне варіння рельєф поверхні Miscanthus shows great potential for producing cellulosic materials due to its high yield and low cultivation requirements. This fast-growing perennial grass can serve as an alternative raw material, replacing traditional wood. Research conducted abroad has indicated that the original Miscanthus species affects the quality of the final product; however, similar studies on domestic varieties are lacking. Our study aimed to obtain microcrystalline cellulose (MCC) from different Miscanthus species, found their physicochemical characteristics, and compare them. We used air-dried Giant miscanthus (Miscanthus giganteus), Chinese miscanthus (Miscanthus sinensis), and Sugar miscanthus (Miscanthus sacchariflorus), which are considered technical crops. The composition of these species was as follows: cellulose content of 46.0, 44.8, and 42.2 %; hemicellulose content of 23.2, 28.3, and 27.2 %; lignin content of 14.2, 11.5, and 10.8 %; and ash content of 2.8, 4.1, and 6.7 %, respectively. To produce microcrystalline cellulose, the Miscanthus species underwent organo-solvent cooking. We studied the structure and morphology of the resulting MCC using various methods, including X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Fourier-transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR), and atomic force microscopy (AFM). The results indicated that MCC was successfully obtained from Giant miscanthus, Chinese miscanthus, and Sugar miscanthus, with yields of 95.9, 95.4, and 95.2 %, respectively, using the organo-solvent cooking method. The final product was a white, tasteless, and odourless substance with the following organic components: 95.8, 94.0, and 90.9 % (including 97.7, 96.4, and 97.8 % cellulose, as well as 2.3, 3.6, and 2.2 % lignin). The inorganic components accounted for 4.2, 6.0, and 9.1 % (including 96.1, 69.9, and 95.3 % SiO2, respectively). The XRD method confirmed the presence of a crystalline structure in the obtained MCC, with calculated crystallinity indexes of 0.73, 0.68, and 0.60. The FTIR-ATR spectra revealed typical functional groups associated with MCC and pure silicon dioxide at wavenumbers of 1148–1144, 901–898, and 450–414 cm–1. Furthermore, AFM analysis demonstrated that the particles were nanoscale in size. All MCC samples exhibited a striped texture characterised by nearly parallel and linear stripes. Notably, the MCC derived from Sugar miscanthus displayed a partially globular surface relief. Міскантус має суттєвий потенціал для виробництва целюлозовмісних матеріалів завдяки своїй високій врожайності та низьким вимогам до вирощування. Ця швидкоростуча багаторічна трава може бути використана як альтернативне сировинне джерело для такого виробництва, замінюючи традиційну деревину. Закордонними дослідженнями було показано вплив вихідного сорту Міскантусу на якість кінцевого продукту. Для вітчизняних сортів такі дослідження не проводилися. Тому метою нашого дослідження було отримання мікрокристалічної целюлози (МКЦ) з різних видів міскантусу, встановлення їхніх фізико-хімічних характеристик та їхнє порівняння. Ми використовували повітряно-сухий Міскантус гігантський (Miscanthus giganteus), Міскантус китайський (Miscanthus sinensis) та Міскантус цукровий (Miscanthus sacchariflorus), які є технічними культурами. Їхній склад був наступним: вміст целюлози 46.0, 44.8 та 42.2 %; вміст геміцелюлози 23.2, 28.3 та 27.2 %; вміст лігніну 14.2, 11.5 та 10.8 %; вміст золи 2.8, 4.1 та 6.7 % відповідно. Для одержання мікрокристалічної целюлози обрані види міскантусу піддавали органо-сольвентному варінню. За допомогою методів рентгенофазового (XRD) та рентгенофлуоресцентного аналізу (XRF), інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є з приставкою порушеного повного внутрішнього відбиття (FTIR-ATR) та атомно-силової мікроскопії (AFM) досліджено структуру та морфологію МКЦ. Встановлено, що органосольвентним методом варіння можна отримати МКЦ з Міскантусу гігантського, Міскантусу китайського та Міскантусу цукрового з виходом 95.9, 95.4 та 95.2 % відповідно. Отриманий продукт був білою речовиною без смаку та запаху з 95.8, 94.0 та 90.9 % органічних компонентів (включаючи 97.7, 96.4 та 97.08 % целюлози, а також 2.3, 3.6 та 2.2 % лігніну відповідно). Неорганічні компоненти становили 4.2, 6.0 та 9.1 % (включаючи 96.1, 69.9 та 95.3 % SiO2 відповідно). Методом XRD підтверджено наявність кристалічної складової в отриманій МКЦ з розрахованими індексами кристалічності 0.73, 0.68 та 0.60 відповідно. Спектри FTIR-ATR зразків показують типові функціональні групи, що відповідають МКЦ та чистому діоксиду кремнію, при хвильових числах 1148–1144, 901–898 та 450–414 см–1. Крім того, методом AFM показано, що частинки мають нанорозмір. Всі зразки МКЦ мали повздовжню текстуру, що характеризується майже паралельними та лінійними смугами. Водночас МКЦ, отриманий з Міскантусу цукрового, мав частково глобулярний рельєф поверхні. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2026-02-28 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/849 10.15407/hftp17.01.050 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 17 No. 1 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 50-61 Химия, физика и технология поверхности; Том 17 № 1 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 50-61 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 17 № 1 (2026): Хімія, фізика та технологія поверхні; 50-61 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp17.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/849/832 Copyright (c) 2026 T.V. Tkachenko, O.O. Haidai, B.V. Korinenko, D.S. Kamenskyh, M.M. Baran, V.A. Povazhny, S.P. Starik, V.A. Bohatyrenko, V.V. Bratishko, V.O. Yevdokymenko https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | мікрокристалічна целюлоза Міскантус гігантський Міскантус китайський Міскантус цукровий органо-сольвентне варіння рельєф поверхні Tkachenko, T.V. Haidai, O.O. Korinenko, B.V. Kamenskyh, D.S. Baran, M.M. Povazhny, V.A. Starik, S.P. Bohatyrenko, V.A. Bratishko, V.V. Yevdokymenko, V.O. Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title | Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title_alt | Influence of miscanthus species on structural and morphological features of obtained microcrystalline cellulose |
| title_full | Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title_fullStr | Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title_full_unstemmed | Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title_short | Вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| title_sort | вплив видів міскантусу на структурні та морфологічні особливості отриманої мікрокристалічної целюлози |
| topic | мікрокристалічна целюлоза Міскантус гігантський Міскантус китайський Міскантус цукровий органо-сольвентне варіння рельєф поверхні |
| topic_facet | microcrystalline сellulose Giant miscanthus Chinese miscanthus Sugar miscanthus organo-solvent cooking relief of the surface мікрокристалічна целюлоза Міскантус гігантський Міскантус китайський Міскантус цукровий органо-сольвентне варіння рельєф поверхні |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/849 |
| work_keys_str_mv | AT tkachenkotv influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT haidaioo influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT korinenkobv influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT kamenskyhds influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT baranmm influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT povazhnyva influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT stariksp influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT bohatyrenkova influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT bratishkovv influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT yevdokymenkovo influenceofmiscanthusspeciesonstructuralandmorphologicalfeaturesofobtainedmicrocrystallinecellulose AT tkachenkotv vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT haidaioo vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT korinenkobv vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT kamenskyhds vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT baranmm vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT povazhnyva vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT stariksp vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT bohatyrenkova vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT bratishkovv vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi AT yevdokymenkovo vplivvidívmískantusunastrukturnítamorfologíčníosoblivostíotrimanoímíkrokristalíčnoícelûlozi |