تولید و ارزیابی آیروژل نانوکامپوزیتی بر پایه نانوفیبریل های سلولزی و پروتئینی

زیست نانوکامپوزیتها گروهی از نانوکامپوزیتهای پلیمری هستند که از ترکیب پلیمرهای زیست تخریب پذیر و جامدات غیرآلی تشکیل شده اند و حداقل یکی از ابعادشان در حد نانومتر است. آیروژل ها، موادی با ساختار شبکه ای سه بعدی حاوی حفره های به هم پیوسته و متشکل از ترکیب مواد مختلف هستند. این مواد به دلیل ویژگی های بسیار جالب توجهی نظیر سطح مخصوص، منافذ زیاد، و چگالی بسیار کم خواص جالب توجه و مصارف پرکاربردی در علوم مختلف دارند. در این پژوهش، آیروژل های نانوکامپوزیتی زیست سازگار از مواد غیرسمی و تجدیدپذیر که اغلب محصولات جانبی صنایع لبنی و ضایعات کشاورزی هستند تولید شده اند. این آیروژل های زیست نانوکامپوزیتی، حاوی مقادیر فراوان پلی ساکارید و پروتیین بوده و به دلیل ماهیت غیرسمی، تجدیدپذیری و زیست تخریب پذیری، کاربردهای گسترده ای در مصارف مختلف دارند.

در این مطالعه چند نوع آیروژل نانوکامپوزیتی متشکل از ترکیب نانوفیبریل های سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریل پروتیینی با استفاده از خشک کن انجمادی تهیه شده و سپس با استفاده از روش های آنالیزی متعدد محتویات این آیروژل ها مورد بررسی و تایید قرار گرفت. در نهایت کارایی این آیروژل ها در حذف رنگزای آزو از آب، بر روی یک مدل رنگزای آنیونیکی ارزیابی گردید.

آیروژل های سه جزیی فوق سبک (mg cm-3 15) و بسیار متخلخل (91/98 درصد)، با موفقیت تولید شدند. در این آیروژل ها از نانوالیاف سلولزی به عنوان تقویت کننده و کیتوسان و نانوفیبریل های پروتیینی به عنوان بهبوددهنده استفاده گردید. نتایج آزمون نشر تیوفلاوین-تی بر روی آیروژل های نانوکامپوزیتی با نسبت های ترکیب مختلف، وجود فیبریل های پروتیینی را تایید می نماید. به طورکلی در آیروژل های دوجزیی نانوالیاف سلولزی/پروتیین، با کاهش جزء سلولز و افزایش جزء پروتیین تا 90 درصد استحکام در حالت تر کاهش می یابد. درحالی که آیروژل های سه جزیی (حتی در حالتی که جزء پروتیین بیشترین مقدار را نسبت به کیتوسان داشت)، علاوه بر بهره وری از ثبات ابعادی و پایداری بسیار خوب در آب، در حذف رنگزای آنیونیکی نیز عملکرد بسیار موثری نشان دادند.

نتایج این پژوهش نشان می دهد افزودن مواد پرکننده طبیعی نظیر نانوالیاف سلولزی، تاثیر بسزایی در تقویت خواص مکانیکی آیروژل کیتوسان و نانوفیبریل پروتیینی دارد. ساختار بسیار متخلخل آیروژل سه جزیی متشکل از مقادیر بهینه نانوفیبریل های سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریل های پروتیینی است که پس از فرایند خشک شدن در دستگاه خشک کن انجمادی با برقراری پیوندهای یونی و هیدروژن میان اجزا به خوبی حاصل شده است. با ارزیابی نتایج پایداری و جذب آب آیروژل های کامپوزیتی می توان آیروژل های حاوی 50 درصد سلولز و نسبت های برابر کیتوسان/نانوفیبریل های پروتیینی را به عنوان نمونه های مطلوب برای ادامه مطالعات در نظر گرفت. لازم به ذکر است، کلیه آیروژل های سه جزیی حاوی نانوفیبریل های پروتیینی با گنجایش جذب حداکثر mg g-1 70 و بازدهی100 درصد رنگزای کنگو رد را جذب نمودند.