فهرست مطالب

  • سال بیست و ششم شماره 2 (تابستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مژده نافیان، محسن بهمنی*، الهام قهساره، علی سلطانی صفحات 1-16
    سابقه و هدف

    درختان خیابانی با وجود تمام سودمندی هایی که می توانند داشته باشد هر گونه عیب و نقص به دلیل فرتوتی درخت، کاهش مقاومت درخت به خاطر صنعتی بودن، پرجمعیت بودن و آلودگی آب و هوای شهرهای بزرگ و همچنین خشکسالی‎ های مکرر ممکن است به بروز خطرهای مالی و جانی منجر شود. بنابراین ضرورت بررسی و شناسایی درختان خطر آفرین فضای سبز شهرهای بزرگ را افزایش داده است. برای این منظور ارزیابی مقدار خطرآفرینی درختان چنار (Plantanus orientalis L.) فضای سبز خیابان عباس آباد شهر اصفهان و مدل پیش بینی خطر سقوط این درختان با استفاده از شبکه عصبی در سال 1397 پرداخته شد.

    مواد و روش ها

    در پژوهش حاضر شدت خطرآفرینی درختان چنار در خیابان عباس آباد شهر اصفهان با روش آماربرداری صددرصد با استفاده از متغیرهای کمی و معیارهای تشخیص خطرآفرینی (کیفی یا عیوب) مورد مطالعه قرار گرفت. پس از تعیین سهم معیارهای خطرآفرین و درجه اهمیت آن ها در 711 اصله درخت چنار، آنالیز تجزیه واریانس یک طرفه بین تعداد درختان در معیارهای مختلف خطرآفرینی صورت گرفت. در مرحله بعد، درختان از نظر معیارهای خطرآفرینی وزن دهی شدند. سپس بر مبنای اعداد حاصل از وزن دهی بر اساس طبقه بندی تجربی به 5 طبقه ی خطرآفرین تقسیم شدند. همچنین به منظور پردازش داده های متغیرهای کمی، معیارهای تشخیص خطرآفرینی (کیفی یا عیوب) و پارامترهای وزن دهی و طبقه های شدت خطرآفرینی از تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی و شبکه پرسپترون چند لایه ی شبکه عصبی استفاده شد.

    یافته ها

    با توجه به نتایج معیار تشخیص خطرآفرینی درختان چنار، متغیرهای وضعیت و ضعف ساختاری یا ضعف فیزیکی یا انحراف از راستای قائم (61%)، مشکلات ریشه (59%) و زخم روی تنه و ریشه (55%) بیشترین سهم را دربر می گیرند. همچنین نتایج حاصل از آزمون تجزیه واریانس یک طرفه معیارهای تشخیصی خطرآفرینی درختان چنار نشان داد که تعداد درختان بین 4 طبقه فاقد خطر یا سالم، خطر کم، خطر متوسط و خطر زیاد در سطح خطای یک درصد دارای اختلاف معنی دار هستند. نتایج مقایسه میانگین آزمون دانکن نشان داد که طبقه خطر متوسط با طبقات خطر کم و خطر زیاد فاقد اختلاف معنی دار هستند و سایر طبقات با یکدیگر دارای اختلاف معنی دار هستند. نتایج حاصل از آنالیز مولفه اصلی نشان دهنده این است که محور اول و دوم 40/41 درصد از تغییرات کل را در برمی گیرند. پارامترهای وزن دهی با زخم روی تنه و ریشه، تماس با خطوط و مشکلات ریشه نسبت به سایر متغیرهای کمی و کیفی همبستگی بالا و مثبت را نشان دادند. به طور کلی دو متغیر مشکلات ریشه و زخم روی تنه و ریشه از مهمترین متغیرهای موثر در تعیین شدت خطرآفرینی درختان چنار در منطقه مورد مطالعه در دو روش معیارهای تشخیصی خطرآفرینی و تجزیه و تحلیل مولفه اصلی هستند. دقت و برازندگی شبکه عصبی با توجه به ضرایب تبیین بالای داده های آموزشی، اعتبارسنجی، ارزیابی و در نهایت تمامی داده های شبکه عصبی (927/0، 930/0، 930/0 و 927/0) و حداقل میانگین مربعات خطا (داده های آموزشی=186/0، ارزیابی=196/0 و اعتبارسنجی=169/0) در پیش بینی طبقات شدت خطرآفرینی درختان چنار خیابان عباس آباد از سطح بسیار مطلوبی برخوردار است و همچنین منطبق بودن خروجی شبکه عصبی و داده های واقعی برهم دال بر کیفیت مناسب شبکه است.

    نتیجه گیری

    مشکلات ریشه و زخم بیشترین سهم را در خطر آفرینی درختان چنار دارند و براساس طبقه بندی درختان در حال حاضر، در طبقه های خطر بسیار کم و کم قرار داشته ولی در آینده قابلیت تبدیل شدن به درختان خطرناک را دارند. بنابراین در مجموع اقدامات پیشگیرانه و اصلاحی برای درختان با خطر کم و متوسط پیشنهاد می شود. با توجه به کارایی مطلوب شبکه عصبی در طبقه بندی شدت ریسک درختان چنار خطرآفرین در فضای سبز شهری به عنوان یک مدل پیش بینی در ارزیابی احتمال سقوط درختان چنار معرفی نمود.

    کلیدواژگان: خیابان عباس آباد، معیار تشخیصی خطرآفرینی درختان، تجزیه و تحلیل مولفه اصلی، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه
  • مریم مسی وند، وحیده پیام نور*، داراب حسنی، محمد جعفرآقایی، جهانگیر محمدی صفحات 17-30
    سابقه و هدف

    این پژوهش با هدف بررسی و مقایسه صفات مورفولوژیکی برگ گونه ها، ژنوتیپ ها و هیبریدهای بین گونه ای درختان گردو موجود در ایستگاه تحقیقاتی کمال شهر کرج، بخش تحقیقات باغبانی موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر صورت گرفت. خصوصیات ریخت شناسی جزو نخستین و پرکاربردترین نشانگرهایی هستند که از دیر باز همواره مورد توجه گیاهشناسان بوده اند که در این میان صفات ریختی برگ دارای جایگاه ویژه ای در رده بندی گیاهان است. اهمیت این خصوصیات تا حدی است که می توان با مطالعه آن ها به روند تنوع ژنتیکی در گیاهان کمک شایانی کرد. با استفاده از این نشانگرها می توان گونه ها و حتی کلن های داخل یک گونه را از هم متمایز کرد.

    مواد و روش ها

    ارزیابی خصوصیات برگ هشت ژنوتیپ گردوی سیاه (N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8) هفت رقم گردوی ایرانی (دماوند، جمال Ronde de Montignac, Pedro, Hartley, Chandler, Seer, وK72, B21)، پنج ژنوتیپ از هیبریدهای بین گونه ای(J. hindsii × J. nigra) و چهار ژنوتیپ از هیبریدهای بین گونه ای(J. hindsii × J. regia) و یک ژنوتیپ از گونه J. hindsii با نمونه-گیری در تابستان از برگ هایی که رشد کامل رسیده بودند انجام شد. در مجموع 14 صفت شامل 7 صفت کمی (طول و عرض کلی برگ aوb ، عرض برگچه e، طول برگچهf ، طول دمبرگc ، تعداد و شاخص سطح برگ) و 7 صفت کیفی (شکل برگ و برگچه، حاشیه برگ، رنگ برگ و دمبرگ، زمان باز شدن جوانه های برگ، کرک دار بودن، زمان خزان برگ و دوام دمبرگ اصلی) مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج حاکی از وجود تنوع زیاد مورفولوژیکی بین گونه ها و هیبریدهای گردو است. نتایج آماری موید آن است که با صفات انتخابی می توان تا حد زیادی ژنوتیپهای گردو را از یکدیگر تفکیک نمود.

    نتیجه گیری

    بیشترین سطح برگ متعلق به رقم 21B مربوط به گونه گردوی ایرانی با 3/336 سانتیمترمربع و کمترین سطح برگ نیز متعلق به گونه گردوی سیاه ژنوتیپ 8N با سطح برگ2/76 سانتیمترمربع بود. میانگین صفات کمی برگ نمونه های مورد بررسی نشان داد که ارقام گردوی ایرانی دارای بیشترین میانگین طول و عرض برگ و گردوی سیاه نیز دارای کمترین طول و عرض بودند. همچنین میانگین بیشترین عرض و طول برگچه مربوط به گردوی ایرانی و در مقابل هیبرید بین گونه ای پارادوکس (J. hindsii x J. regia) نیز دارای کمترین عرض برگچه بود. کمترین طول برگچه نیز برای گونه گردوی سیاه اندازه گیری شد. در میان گونه های مورد بررسی، گردوی ایرانی دارای کمترین تعداد برگچه و برگ گونه J. hindsii بیشترین تعداد برگچه را داشت. ژنوتیپ های گردو با استفاده از تجزیه خوشه ای (کلاستر) بر اساس صفات کمی و کیفی برگ مورد بررسی به سه خوشه مجزا تفکیک گردیدند. خوشه اول شامل: شش ژنوتیپ مختلف گردوی سیاه، گونه J. hindsii و هیبریدهای بین گونه ای رویال و پارادوکس، خوشه دوم شامل ارقام مربوط به گردوی ایرانی و خوشه سوم دربرگیرنده ژنوتیپ (B21) از گردوی ایرانی بود.

    کلیدواژگان: گردو، صفات مورفولوژیکی، سطح برگ، برگچه
  • سجاد قنبری*، کیومرث سفیدی، امید فتحی زاده صفحات 31-49
    سابقه و هدف

    تشریح کمی ساختار جنگل به عنوان مهمترین مولفه در مدیریت اکوسیستم های جنگلی ضرورت دارد. سرخدار (Taxus baccata L.) به عنوان یکی از مهمترین گونه های درختی رویشگاه جنگلی ارسباران در شمال غرب ایران است. هدف این بررسی، تعیین ویژگی های ساختاری و ترکیب جوامع جنگلی سرخدار در رویشگاه های طبیعی در جنگل های ارسباران با استفاده از روش های مبتنی بر نزدیک ترین همسایه و نتایج آماربرداری صد در صد در رویشگاه های با وضعیت حفاظتی متفاوت بیان کند.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش سه رویشگاه کلاله، وایقان و کورن انتخاب و به دو روش صددرصد و نزدیکترین فاصله آماربرداری شدند. در هر رویشگاه یک شبکه آماربرداری به ابعاد 25×25 متر پیاده شده و در محل تقاطع اضلاع شبکه تعداد 56 نقطه نمونه برداری انتخاب و نزدیک ترین درختان سرخدار به مرکز تقاطع به عنوان درخت شاهد همراه با سه درخت جانبی که در نزدیک ترین فاصله از درخت شاهد قرار داشتند با استفاده از روش فاصله ای و بدون پلات اندازه گیری شدند. برای بررسی ساختار از شاخص های آمیختگی، تمایز قطری و ارتفاعی، شاخص فاصله درختان و شاخص کلارک و ایوانز استفاده شد.

    یافته ها

    میانگین ارتفاع درختان سرخدار در دو رویشگاه کلاله (83/4 متر) و وایقان (1/5 متر) بود و در اشکوب زیرین قرار داشتند. ولی در رویشگاه کورن ارتفاع درختان سرخدار (04/4 متر) با بقیه درختان توده (3/4 متر) اندازه مشابهی داشت. نتایج نشان داد که چهار گونه ممرز (68 درصد)، افرا (8 درصد)، سرخدار (7 درصد) و بلوط سیاه (2/5 درصد) حدود 88 درصد از تراکم درختان موجود در توده ها را تشکیل می داد. در هر سه رویشگاه، سرخدار در پایین ترین طبقه قطری (5/7-5/12 سانتی متر)، بیشترین فراوانی را دارد. میانگین شاخص فاصله بین درختان در رویشگاهای با سابقه حفاظت طولانی مدت و کوتاه مدت به ترتیب برابر با 8/3 و 14/5 متر بود. میانگین شاخص تمایز قطری در رویشگاهای با سابقه حفاظت طولانی مدت و کوتاه مدت به ترتیب برابر با 59/0 و 06/0 برآورد شد. نتایج محاسبات نشان داد که ارزش مینگ لینگ یک در منطقه وایقان 100 درصد بود. البته ارزش یک برای منطقه کلاله حدود 85 درصد را نشان داد. اما در رویشگاه کورن شاخص آمیختگی با ارزش صفر حدود 25 درصد فراوانی داشت. ارزش شاخص کلارک ایوانز نشان داد که در رویشگاه وایقان (29/1) و در دو رویشگاه کلاله (07/1) و کورن (82/0)، این شاخص نزدیک به یک بود.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که پایه های سرخدار تعداد در هکتار و سطح مقطع پایینی نسبت به سایر گونه ها در توده های مورد مطالعه دارند. انجام عملیات های جنگل شناسی برای کاهش تعداد در هکتار و سطح مقطع سایر گونه ها به تقویت پایه های سرخدار منجر می-شود. با توجه به اینکه سرخدار نور ملایم را می طلبد، کاهش بیش از اندازه تراکم درختان در توده می تواند به سرخدار آسیب بزند. بر اساس نتایج اعمال حفاظت و جلوگیری از آشفتگی های با منشا انسانی می تواند باعث تسریع بازگشت اکوسیستم به وضعیت مطلوب گردد.

    کلیدواژگان: شاخص های ساختار، حفاظت جنگل، سرخدار، تمایز قطری
  • حسن اکبری*، سیاوش کلبی صفحات 51-62
    سابقه و هدف

    شناخت ارتباط بین حفظ تنوع زیستی و فرآیندهای اکوسیستم، به عنوان یکی از مباحث اصلی در پژوهش های بوم شناسی می باشد. جنگل ها یکی از منابع طبیعی با ارزش کره زمین می باشد که نقش مهمی در تعادل اکولوژیکی و زندگی جوامع انسانی دارد. تنوع گونه-های درختی یکی از پارامترهای کلیدی به منظور توضیح اکوسیستم های جنگلی در مدیریت همگام با طبیعت می باشد. مدلسازی و تهیه نقشه تنوع درختی ابزاری مفید برای حفاطت و مدیریت جنگل ها می باشد. جنگل های خزری، از نظر تنوع درختی، غنی ترین جنگل های ایران می باشد که طی سال های اخیر در معرض تغییرات شدید قرار گرفته است. یکی از مهمترین و به صرفه ترین راه ها جهت کسب اطلاع از تنوع درختی استفاده از تصاویر ماهواره ای می باشد. هدف از این مطالعه تعیین قابلیت تصاویر GeoEye در پایش تنوع درختی در جنگل های سری گردشی واقع در استان مازندران می باشد.

    مواد و روش ها

    بدین منظور ابتدا با استفاده از آماربرداری زمینی تعداد 150 قطعه نمونه با ابعاد 30 در 30 متر برداشت گردید. سپس شاخص-های شانون - وینر، سیمپسون و عکس سیمپسون در هر قطعه نمونه محاسبه گردید. پیش پردازش و پردازش ای لازم همانند تجزیه مولفه اصلی، ساخت شاخص های گیاهی و آنالیز بافت بر روی تصاویر انجام شد. برای مدلسازی از روش های درخت طبقه بندی و رگرسیونی، جنگل تصادفی، واریانت های مختلف نزدیک ترین همسایه و کرنل های مختلف ماشین بردار پشتیبان استفاده شد. از 70 درصد از نمونه های تعلیمی برای مدلسازی استفاده شد. سپس بهترین باندها برای مدلسازی انتخاب گردید. ارزیابی مدل ها با استفاده از 30 درصد نمونه ها انجام شد. سپس بهترین مدل ها برای هر قسمت مشخص گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد از بین شاخص ها تولید شده، باند مادون قرمز و باندهای مصنوعی حاصل از آن، به عنوان بهترین باند جهت مدلسازی تشخیص داده شد. کرنل RBF از روش ماشین بردار پشتیبان با ضریب تبیین 58 درصد و ریشه میانگین مجذور خطای نسبی 46 درصد برای مدلسازی شاخص تنوع شانون وینر از میان مدل های فوق دارای بهترین نتیجه بود. همچنین روش جنگل تصادفی با ضریب تبیین 54 و 57 درصد و ریشه میانگین مجذور خطای نسبی حدود 48 و 14 درصد به ترتیب برای روش های سیمپسون و عکس سیمپسون دارای بهترین نتیجه بود.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد داده های ماهواره GeoEye دارای قابلیت نسبتا مناسبی در برآورد تنوع درختی در جنگل های سری گردشی می باشد. از مدل های مورد استفاده روش جنگل تصادفی برای دو حالت و کرنل RBF روش ماشین بردار پشتبان در یک حالت دارای بهترین نتیجه بود. در مجموع نتایج نشان داد از این داده های می توان جهت مدیریت، حفاظت و پایش تنوع درختی در جنگل های شمال کشور استفاده نمود.

    کلیدواژگان: تنوع درختی، شاخص شانون وینر، سیمپسون و سری گردشی
  • سید محسن حسینی، ابوالقاسم خزاعیان*، تقی طبرسا صفحات 62-74
    سابقه و هدف

    یکی از نگرانی های اصلی صنایع چوب، تامین ماده اولیه چوبی می باشد. لذا توجه به مواردی که بخشی از نگرانی های موجود را از طرق مختلف، مانند کاهش مصرف چوب در تولید فراورده های چوبی مورد نظر قرار دهد، درخور اهمیت است. سبک سازی فراورده های چند سازه با استفاده از گرانول پلی استایرن به عنوان یک راهکار برای کاهش مصرف مواد اولیه مورد توجه قرار گرفته است. از خواص مهمی که برای این نوع از فراورده ها در نظر گرفته شده، رفتار آنها در برابر الکتریسیته و خواص آکوستیکی می باشد. این تحقیق در نظر دارد تا خواص دی الکتریک و آکوستیکی فرآورده چندسازه مورد مطالعه را ارزیابی کند.

    مواد و روش ها

    برای ساخت نمونه های آزمونی از میان تیمارها بر اساس مقاومت مکانیکی و خواص فیزیکی، بهینه ترین تیمار برای بررسی رفتار الکتریکی و خواص آکوستیکی انتخاب گردید. برای تهیه نمونه های آزمونی سبک شده با پلی استایرن، نمونه های شاهد شماره 1 و 2 به ترتیب با دانسیته 7/0 gr/cm3 و 5/0 gr/cm3 آماده شد. دانسیته اول نمونه شاهد به دلیل مقایسه نمونه آزمونی با فراورده چند سازه استاندارد و دانسیته دوم نمونه شاهد به دلیل مقایسه نمونه آزمونی با فراورده چند سازه دارای دانسیته مشابه بدون گرانول پلی استایرن مد نظر قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج آزمون مقاومت الکتریکی نشان دادند، با توجه به همسانی دانسیته بین نمونه آزمونی سبک شده با نمونه شاهد 2 با دانسیته 5/0 gr/cm3 تفاوت معنی داری در نتایج مشاهده نگردید. همچنین بین نمونه های دارای دانسیته 5/0 gr/cm3با نمونه های سنگین تر با دانسیته 7/0 gr/cm3 تفاوت معنی داری در مقاومت الکتریکی وجود نداشت. طبق نتایج بدست آمده، مشاهده شد که وزن مخصوص نمونه ها به طور غیرمستقیم بر مقاومت الکتریکی نمونه ها اثرگذار است. در یک دانسیته مشخص، افزودن گرانول پلی استایرن منجر به بهبود مقاومت الکتریکی و خواص آکوستیک نمونه ها شده است.

    نتیجه گیری

    نتایج آزمون ها نشان دادند با کاهش دانسیته مقاومت الکتریکی نمونه های آزمونی افزایش و میزان جذب صوت بهبود یافته است. وجود گرانول پلی استایرن در نمونه های آزمونی علاوه براین که خود به عنوان یک عایق قوی عمل می نماید، با اثرگذاری بر رفتار نمونه ها احتمالا منجر به افزایش مقاومت الکتریکی آنها شده است. گرانول پلی استایرن بر خواص آکوستیکی نمونه ها نیز به صورت مستقیم اثرگذار بوده است. نتایج حاصل نشان دادند، از تخته های سبک شده با گرانول پلی استایرن می توان در مواردی که نیاز بیشتر به افزایش مقاومت الکتریکی و افزایش خاصیت عایق صوت می باشد با در نظر گرفتن میزان بار مکانیکی مجاز قابل تحمل توسط تخته ها، به صورت موثر استفاده نمود.

    کلیدواژگان: فراورده چندسازه چوب، سبک سازی، مقاومت الکتریکی، آکوستیک، پلی استایرن
  • پژمان رضایتی چرانی* صفحات 75-90
    سابقه و هدف

    امروزه کاربرد نانوالیاف سلولزی برای ساخت محصولات مختلف از جمله کاغذ و مقوا، به شدت مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته است. نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ حاصل از منابع لیگنوسلولزی مختلف و با روش های متنوعی ساخته می شود. کیفیت این مواد می تواند با روش های مختلفی مورد ارزیابی قرار گیرد. در این میان، شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی یکی از ساده ترین و کم هزینه ترین روش ها برای پیش بینی عملکرد آنها در صورت استفاده برای ساخت کاغذ و مقوا محسوب می شود. در این مطالعه، به طور مشخص بر روابط بین شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی بر خصوصیات نهایی محصولات کاغذی پرداخته می شود.

    مواد و روش ها

    در این مقاله، به دسته بندی مواد از لحاظ علوم رئولوژی پرداخته شد و جایگاه نانوالیاف سلولزی در بین آنها مشخص شد. سپس ضمن معرفی شاخص های مهم رئولوژی نانوالیاف سلولزی مثل نقطه تسلیم، ضریب میرایی، مدول ذخیره و مدول اتلاف و کرنش بحرانی، با ارائه مواردی از نتایج اندازه گیری شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی ارتباط آنها برای تعیین قابلیت تقویت کنندگی شاخص های کششی و ترکیدگی محصولات کاغذ و مقوا مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    مقادیر مدول ذخیره، به عنوان حساس ترین پارامتر در سنجش های ویسکوالاستیکی، هر چه نسبت به مدول اتلاف بیشتر باشد نشان از قابلیت ویسکوالاستیکی با گرایش الاستیک بیشتر می باشد که در مورد نانوالیاف سلولزی در صورتی که نسبت مقدار مدول ذخیره حدود 4 برابر مدول اتلاف در غلظت های یکسان برسد دلالت بر ویسکوالاستیک بودن ماده با میزان الاستیسیته قابل توجه است. در صورتی که مقدار ضریب میرائی برای ژل نانوالیاف سلولزی کم تر از 3/0 بدست آید نشان دهنده کشسان بودن زیاد این ژل ها با اجزایی در مقیاس نانومتر می باشد که این خصوصیات دلالت بر وجود ساختار درهم فرورفته شبکه ای نانوالیاف سلولزی و در نتیجه قابلیت تقویتی بیشتر برای کاربردهای مختلف از جمله تقویت استحکام کاغذ و مقوا است. کرنش بحرانی در مورد رفتار رئولوژی نانوالیاف سلولزی، تقریبا مستقل از درصد خشکی آن ظاهر می شود که دلالت بر پایداری خصوصیات ویسکوالاستیکی این ژل ها است. ژل های نانوالیاف تولیدی غلیظ و رقیق شده دارای رابطه نمایی با توان 3 با درصد خشکی می باشند. رابطه نمایی با توان 3 بین مدول و درصد خشکی، به عنوان یکی از معیارهای دست یابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانومتری می باشد.

    نتیجه گیری

    در مجموع ژل نانوالیاف سلولزی جز سیال های ویسکوالاستیک و تیسکوتروپیک محسوب می شود که در استفاده برای تولید کاغذ و مقوا هر میزان شاخص های الاستیک بیشتری داشته باشد نشان دهنده نانوالیاف با ضریب لاغری بیشتری است که می تواند نقش بهتری برای بهبود خواص استحکامی محصولات کاغذ و مقوا ایفاء کند. بنابراین هنگام تولید برای پیش بینی دستیابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانو، می توان از ارزیابی ارزان قیمت تعیین شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی به جای تهیه تصاویر الکترونی گران قیمت استفاده نمود و حتی در قیاس دو نوع نانوالیاف سلولزی، با ارزیابی خواص رئولوژی آنها عملکردشان را برای تقویت کاغذ و مقوا پیش بینی نمود.

    کلیدواژگان: کاغذ و مقوا، شاخص های رئولوژی، نانوالیاف سلولزی، ژل ویسکوالاستیکی
  • هادی کنعانی، مهدی جنوبی*، پیام مرادپور، غلامرضا رفیعی صفحات 91-105
    سابقه و هدف

    کیتین و کایتوزان به عنوان فراوان ترین آمینو پلی ساکاریدها در طبیعت، دارای خصوصیاتی از جمله زیست سازگاری ، میزان سمیت پایین، زیست تخریب پذیری هستند. این خصوصیات منحصر به فرد، موجب شد تا کیتین و کایتوزان توجه زیادی را به دلیل پتانسیل بالا، جهت تولید محصولات با ارزش، به سمت خود جلب کند. کایتوزان، دارای کاربردهای زیادی در صنعت کشاورزی و حفاظت چوب از قبیل آفت کش ها و حشره کش ها دارد و همینطور در زیست پزشکی دارای کاربرد متعددی از جمله استفاده در صنعت داروسازی به عنوان رهایش دارویی می باشد، همچنین می تواند به شکل حامل های دارویی مورد استفاده قرار گیرد . هدف از این مقاله استخراج کایتوزان بسیار خالص با درجه استیل زدایی بالا از پوسته میگو است.

    مواد و روش

    در مطالعه حاضر، استخراج و بررسی ویژگی های کایتوزان از پوسته میگو پرورشی (Litopenaeus vannamei) بررسی شد. بدین منظور کایتوزان با استفاده از روش شیمیایی شامل معدنی زدایی (با غلظتHCl 4 درصد)، پروتئین زدایی (با غلظت NaOH 4 درصد) و استیل زدایی (با غلظت NaOH 60 درصد) استخراج شد. همچنین، نانو کیتوزان با روش ژلاتین یونی تهیه شد. یکسری پارامترها مورد مطالعه قرار گرفتند که شامل درجه استیل زدایی، وزن مولکولی، pH و حلالیت بودند. همچنین آزمون طیف سنجی FTIR، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی FESEM))، پتانسیل زتا، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شدند.

    یافته ها

    نتایج آزمون FTIR روی کیتین و کایتوزان استخراج شده از پوسته میگو نشان داد، حذف مواد پروتئینی، معدنی با به کارگیری هیپدروکلریک اسید، سدیم هیدروکسید مناسب بوده است. درجه بالای استیل زدایی کایتوزان در این مطالعه (87٪) تاثیر معنی داری بر حلالیت مناسب و ویسکوزیته پایین کایتوزان داشت. حلالیت کایتوزان در اسیداستیک 86 درصد بدست آمد. وزن مولکولی کایتوزان استخراج شده 110 کیلو دالتون می باشد. کایتوزان با این وزن مولکولی می تواند در صنعت داروسازی کاربرد مطلوبی داشته باشد. با توجه به الگوهای XRD کایتوزان در مطالعات قبلی، پیک های بدست آمده در الگوهای XRD در این پژوهش ساختار نیمه کریستالی کایتوزان را تایید می کند. با توجه به تغییر سطح کایتوزان که در تصاویر FESEM مشاهده شده بود می تواند به دلیل خالص سازی کایتوزان باشد. آزمون FESEM نشان داد قطر نانوکایتوزان 100 تا 150 نانومتر است.

    نتیجه گیری

    از نتایج این تحقیق می توان دریافت که با استفاده از روش استخراج کایتوزان در این تحقیق، کایتوزان با خلوص بالا و با درجه استیل زدایی بالا می تواند بدست آید. با افزایش درجه ی استیل زدایی، حلالیت کایتوزان افزایش یافته و همچنین این درجه استیل زدایی در بهبود وزن مولکولی (وزن مولکولی کم) تاثیر زیادی داشته است. در نتیجه بررسی نقش انحلال پذیری کایتوزان در مجاورت استیک اسید، این مسئله روشن می شود که انحلال پذیری کایتوزان و همچنین اندازه ذرات نانو کایتوزان به pH محلول بستگی دارد. کایتوزان تولید شده را می توان به طور گسترده ای در صنایع دارویی مورد استفاده قرار داد.

    کلیدواژگان: پوسته میگو، کایتوزان، درجه استیل زدایی، نانوکایتوزان
  • ماندانا دیلمیان، بابک نوروزی* صفحات 107-127
    سابقه و هدف

    پسماندهای زیستی نظیر لیگنوسلولزها به دلیل قابلیت تجدید پذیری، زیست تخریب پذیری و هزینه کم برای پالایش و پاکسازی آب آلوده بسیار مورد توجه هستند. تولید جاذب هایی با ظرفیت جذب قابل توجه به عنوان راهکاری نوین در حذف آلودگی های آبی، امری ضروری است. آیروژل های سلولزی به دلیل خواص ویژه خود نظیر دانسیته کم، مساحت سطح ویژه و تخلخل زیاد، از عملکرد و کارایی خوبی به عنوان جاذب برخوردارند. این مواد از حیث فراوانی در طبیعت، سادگی فرایند تولید و ارزش اقتصادی بالا جایگاه ویژه ای دارند. این مقاله به ارزیابی کارایی آیروژل سلولزی آبگریز استخراج شده از کاه برنج در حذف حلال های آلی غیر قابل امتزاج در آب می پردازد.

    مواد و روش ها

    کاه برنج، پس از شستشو و خشک شدن، آسیاب و واکس موجود در آن با استفاده از فرایند سوکسوله حاوی ترکیب تولوئن/ اتانول خارج می شود. جداسازی لیگنین با محلول کلریت سدیم در محیط اسیدی انجام و سپس، نمونه خشک با محلول هیدورکسید پتاسیم ترکیب شده تا همی سلولز و سیلیکا از الیاف خارج گردد. سوسپانسیون با همگن ساز دور زیاد مدل وایز تیز به مدت 2 ساعت و دور rpm 20000 تحت تلاطم مکانیکی شدید فیبرزدایی می شود و سپس تحت دستگاه فراصوت با شدت زیاد مدل کیونیکا با بسامد kHz 20 قرار می گیرد. جهت تولید آیروژل سلولزی، سوسپانسیون های فیبرهای سلولزی حاوی پیوند دهنده عرضی در غلظت های مختلف وزنی (wt% 1-2/0)، تهیه می شود. سوسپانسیون های حاصل پس از انجام مرحله پیش انجماد، به مدت 48 ساعت در داخل خشک کن انجمادی °C 50- مدل کریست فریز درایر-آلفا به مدت یک شبانه روز خشک می گردد. به منظور ایجاد پوشش آبگریز بر روی سطح سلولز از ماده تری متوکسی سیلان با استفاده از روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) استفاده گردید. تاثیر این روش در تولید آیروژل های آبگریز با استفاده از تکنیک زاویه تماس آب مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین ظرفیت جذب آب، دانسیته و تخلخل، ساختار و مورفولوژی آیروژل های سلولزی مطالعه شد. در پایان نیز کاربرد آیروژل های سلولزی آبگریز تهیه شده در پاکسازی و تصفیه آب آلوده به انواع حلال های آلی و روغن ها مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    در فرایند پیش انجماد استفاده از نیتروژن مایع سبب انجماد بسیار سریع هیدروژل های میکرو/ نانو فیبرهای سلولزی گردیده، درنتیجه ساختار شبکه ای آیروژل که متشکل از الیاف بسیار ظریف می باشد، به خوبی حفظ می شود. افزودن پیوند دهنده عرضی پلی آمید اپی کلرو هیدرین رزین سبب بهبود استحکام و پایداری ساختار آیروژل سلولزی در حالت تر می شود. با افزایش غلظت فیبرهای سلولزی، دانسیته آیروژل سلولزی افزایش و به طور همزمان تخلخل آن کاهش می یابد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح مقطع آیروژل های سلولزی نشان دهنده ساختار متخلخل با حفراتی در ابعاد یک تا چند صد میکرومتر است که در آیروژل به صورت همگن و در تمام جهات توزیع یافته اند. نتایج بررسی زاویه تماس نمونه آبگریز شده نشان دهنده متوسط مقدار° 7/151 است که دارای قابلیت جذب بسیار مطلوبی برای انواع روغن (روغن پمپ، نفت خام، روغن دیزل و پارافین) و حلال های آلی (تولوئن، استون، دی متیل فرمامید، و کلروفرم) می باشد.

    نتیجه گیری

    آیروژل های سلولزی آبگریز، به دلیل دانسیته بسیار کم و تخلخل زیاد از قابلیت جذب مطلوب انواع حلال های آلی و روغن ها با ظرفیت جذب g.g-1 130-69 برخوردار می باشد. این آیروژل ها می توانند جاذب مناسبی برای جداسازی آلاینده های آلی از آب باشد.

    کلیدواژگان: کاه برنج، پیوند دهنده عرضی، آیروژل سلولزی، آبگریزی، ماده جاذب
|
  • Mozdeh Nafian, Elham Ghehsareh, Ali Soltani Pages 1-16
    Background and Objectives

    Street trees in urban green space, despite all the benefits, any defect due to old tree age, loss of tree resistance because of the industrialization, population density and pollution of the big cities, as well as repeated droughts, can lead to the risk of personal injury or damage to property. Therefore, the importance of exploring and identifying hazardous trees has increased the in the large cities. For this propose, the estimation of the risk possibility of plane trees (Plantanus orientalis L.) in the green space of Abbasabad-Abad in Isfahan and their fall risk model prediction was done using Artificial Neural Network.

    Material and Methods

    Isfahan was studied, using data coming from a full survey method, and using quantitative tree body proportions and few risk factors (qualitative or imperfect properties). Following coining the share of each of the hazard criteria and their ratio importance indices One-way ONOVA test compared of the number of trees in different risk levels. Then, all the trees scored via the biased levels of their risk levels. Accordingly, based on the weighted scores, they were divided into five hazardous categories according. To develop an understanding of the quantitative variables, risk factors, the weight parameters and hazard classes, we carried out a principle component analysis (PCA) and a multi-layer perceptron (MLP) network procedure.

    Results

    The results from the proportion of each hazard index reviled the importance of the the importance of the structural tree weakness (61%), root problems (59%), and trunk and root wounds (55%). Also, results of One-way ONOVA test, showed the risk levels of the planted trees can be significantly classified into four classes of: with no risk or healthy, low, moderate and high risk classes, at one percent error level. The results of Duncan's mean test showed that the number of trees in no risk and low risk classes were significantly higher than the other classes at one percent error level. The results from the PCA indicated that the first and second components explained 41.40 percent of the total variation. The risk and weighting parameters of the wound on the trunk and root, contact power lines, root problems were highly and positively correlated. In general, the two variables of the root problems trunk as well as root wounding were among the most important variables in term of risk assessment of the plane trees. The high coefficient of determination values of training, validation, verification and finally all neural network data (0.927, 0.930, 0.930, and 0.927) and the least mean square error values (training data = 0.186, verification 0.196 and validation = 0.169) indicated, the accuracy desirability of the artificial neural network in the prediction of the risk classes of street side trees.

    Conclusion

    Root and wound problems have the greatest portion in the risk of Platanus orientalis L. and, based on the classification of trees, are currently in low and very low risk, but they are capable of becoming dangerous trees in the future. In general preventive and corrective measures are proposed for low and intermediate risk trees. Regarding the optimal performance of the Neural Network for the classification of the hazardous Platanus orientalis L. trees in the urban green space, it is introduced as a prediction model in evaluating the probability of fallen trees.

    Keywords: Abbas-Abad Avenue, Tree risk assessment index, principle component analysis, multilayer perceptron network
  • Jahangir Mohammadi Pages 17-30
    Background and aim

    This study was conducted in order to evaluate and compare the morphological traits of species leaflet, genotypes and inter-species hybrids of walnut tree in the Research Center of Kamal-Shahr, Karaj, Iran, Horticultural Research station, Seed and Plant Improvement Institute. Morphological characteristics are one of the first and most widely used markers that have always been considered by botanists in the past. In this regard, morphological traits of leaf have a special place in the classification of plants. The importance of morphological characteristics is such an extent that the study of them can be helpful to process genetic diversity in plants. Using these markers, species and even clones within a species can be distinguished from one another.

    Materials and Methods

    Evaluation of traits from following genotypes was performed with sampling in the summer from the leaves that were grown fully: eight genotypes of black walnut (N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8), seven cultivars / genotypes of Iranian walnut (Seer Damavand, Jamal, Chandler, Hartley, Pedro, Ronde de Montignac, B21 and K72), five genotypes of inter-specific hybrids (J. hindsii × J. nigra) and four genotypes of inter-specific hybrids (J. hindsii × J. regia) and a genotype of J. hindsii species. In total, 14 traits were evaluated including 7 quantitative traits (length and width of leaves (a and b), leaf width (e), leaflet length (f), petiole length (c), number and leaf area) and 7 qualitative traits (shape of the leaflet, leaf edge, leaf and petiole color, time of opening leaf bud, having wool, time of falling leaf and main petiole durability).

    Results

    The results indicated that there was much morphological diversity among above species and hybrids. Statistical results showed that this species can be distinguished with selected traits.

    Conclusions

    The highest leaf area was belonged to B21 genotype of Iranian walnut species with 336.3 cm2 and the lowest leaf area was measured for N8 genotype of black walnut with 76.2 cm2. The average of quantitative traits for leaf samples showed that Iranian walnut cultivars had the maximum mean of leaf length and width and black walnut had the minimum length and width of leaf. The mean of maximum width and length of leaflet was observed in Iranian walnut and the lowest leaflet width was observed in paradox (J. hindsii x J. regia) inter-specific hybrid. The minimum of leaflet length were measured in black walnut. Among the evaluated species, the minimum and maximum number of leaflets was achieved in Iranian walnut and J. hindsii species, respectively. Genotypes were studied and grouped using cluster analysis and based on quantitative and qualitative characteristics of leaves. The genotypes were separated into three distinct clusters. The first cluster includes: six different genotypes of Black Walnut, J. hindsii species and inter-specific hybrids of Royal and paradox, a second cluster includes the cultivar of Iranian walnut and third cluster includes (B21) genotypes of Iranian walnuts.

    Keywords: Walnut, Morphological traits, Leaf area, Leaflet
  • Sajad Ghanbari *, Kiomars Sefidi, Omid Fathizadeh Pages 31-49
    Background and objectives

    One of the most important conservation actions that can be taken in disturbed forests is the development of enclosed areas that can substantially impact the structure and composition of vegetation. The main goal of forest management plans is to maintain the natural structure of stands. Yew is one of the most important and threatened tree species in the Arasbaran region in northwestern Iran.

    Materials and methods

    In this research, we assessed the structural characteristics and composition of yew forest communities using the nearest neighbor and full callipering methods at three sites with different management histories. Within a one-hectare sampling area, tree species identity, diameter, height, and crown diameter were measured. In each of these sampling areas, 56 sample points were surveyed in a 25 m × 25 m grid for trees species identity, diameter, height, and distance from reference to neighbor trees. To quantify the structural characteristics in areas of different conservation status, some indices calculated including mingling, distance to neighbor, diameter and height differentiation, uniform angle, and Clark Evans.

    Results

    The average height of yew trees at the long-term sites SKA and SVA was 5.1 and 4.8 m respectively. These trees were located in the lower layer. In the short-term site (SKU), however, yew trees (4.04 m) had approximately the same height as other trees (4.3 m). Results revealed that four species – hornbeam (68%), maple (8%), yew (7%), and oak (5.2%) composed 88% of tree species. The majority of trees had a low distance (2–3 m) between neighbors. Due to the high density of trees in the sites with a long-term conservation period (SKA and SVA), a low percentage of trees had mean distance more than 5 meters. Mean of distance to neighbor (Di) index for long-term and short-term sites were 3.8 and 5.14, respectively. The mean TDi for long-term and short-term conservation areas was 0.59 and 0.06, respectively. The uniform angle index showed that there was no class value 1 at all three sites. In the long-term enclosed area, Clark Evans index was 1.18. In short term-enclosed areas, it was less than 1 (0.82). At all sites, yew trees were in the least vital class.

    Conclusion

    Reducing tree density and basal area of other species will lend strength to yew trees in the studied sites. However, because yew trees need moderate light conditions, excessive decreases in the tree density can be detrimental. In order to optimize the management of forest resources, it is essential to get the correct information about the structure of forest stands. It is important to obtain enough information about the forest stand structure and changes in various indicators of stand to offer new approaches to forest management. The results of this research can show the conservation effects on yew stands in long-term and short-term conservation periods. It helps provide effective and useful conservation solutions.

    Keywords: Forest conservation, diameter differentiation, structure indices, yew (Taxus baccata)
  • HASSAN AKBARI *, Siavash Kalbi Pages 51-62
    Background

    Identifying the relationship between conservation of biodiversity and ecosystem processes is one of the main topics in ecological research. Forests are one of the valuable natural resources of the planet, which plays an important role in the ecological balance and the lives of human societies. Diversity of tree species is one of the key parameters for describing forest ecosystems in the management of nature. Modeling and preparing a map of tree diversity is a useful tool for conservation and management of forests. In terms of tree diversity, the Caspian forests are the richest forests in Iran that have undergone severe changes in recent years. One of the most important and most effective ways to learn about tree diversity is the use of satellite imagery. The aim of this study was to determine the capability of GeoEye images in monitoring of tree diversity in circular forest forests in Mazandaran province.

    Materials and Methods

    For this purpose, 150 landfills of 30 to 30 meters in length were used for field surveying. Then, the Shannon-Weiner, Simpson and Simpson indexes were calculated for each sample piece. Pre-processing and necessary processing, such as principal component decomposition, making vegetation indices and texture analysis were performed on the images. For modeling, classification and regression tree methods, random forest, different variants of the nearest neighbor and different kernels of backup machine were used. Of the 70% of the teaching samples used for modeling. Then the best bands were selected for modeling. Models were evaluated using 30% of the samples. Then the best models were specified for each part.

    Results

    The results showed that the indices produced, the infrared band and the resulting bands were identified as the best band for modeling. The RBF kernel has the best result from a backup machine with a 58% explanatory factor and a root mean square error of 46% for modeling the Shannon Wiener Diversity Index among the above models. Also, the method of random forest with the coefficient of explanation of 54 and 57 percent, and the root mean square error margin of about 48 and 14 percent, respectively, for the Simpson and Simpson images have the best results.

    Conclusion

    The results showed that GeoEye satellite data has a relatively good ability to estimate tree diversity in circular forest forests. The models used by the random forest method for two modes and the RBF kernel were the best-performing vector-path vector technique in one state. Overall, the results showed that these data can be used for management, conservation and monitoring of tree diversity in the northern forests of the country.

    Keywords: Tree diversity, Shannon Wiener, Simpson, GARDESHI Series
  • Seyed Mohsen Hosseini, Abolghasem Khazaeian *, Taghi Tabarsa Pages 62-74

    Abstract

    Background and objective

    One of the main concerns of wood industry is the supply of wooden raw material. So it is important to consider the issues that address part of the existing concerns in different ways, such as reducing wood consumption in the production of wooden products. Application of lightweight composite products using polystyrene is considered as a solution to reduce the consumption of raw materials. Important properties considered for these types of products include their behaviors against electricity and acoustic properties. This study aims to evaluate the dielectric and acoustic behaviors of the composite studied herein.

    Materials and Methods

    In order to construct test samples, the most optimum treatment was selected from the treatments based on mechanical strength and physical properties to examine the electrical behavior and acoustic properties. To prepare lightweight test samples polystyrene, control samples were made at a densities of 0.7 g/cm3 (C1) and 0.5 g/cm3 (C2). The first density of control sample was chosen to compare the test specimen with a standard composite, and the second density of control sample was selected to compare the test sample with a composite product of similar density without polystyrene granules.

    Findings

    The results of electrical resistance test showed no significant differences between the lightweight test sample and C2 with a density of 0.5 g/cm3 due to their density equivalence. Also, electrical resistance was not significantly different between specimens with a density of 0.5 g/cm3 and heavier specimens with a density of 0.7 g/cm3. The results indicated that the specific gravity of the samples indirectly affected the electric resistance of the samples. At a certain density, the addition of polystyrene granules resulted in improved electrical resistance and acoustic properties of the samples.

    Conclusion

    The results of the tests showed that decreasing density of the samples resulted in increased electrical resistance and improved sound absorption of the samples. The presence of polystyrene granules in test samples, in addition to acting as a strong insulator, has an effect on the behavior of the samples possibly leading to an increase in their electrical resistance. Polystyrene granules have directly affected the acoustic properties of the samples. The results showed that lightweight boards using granular polystyrene can be used effectively in cases where there is a need for increased electrical resistance and improved sound insulation property, taking into account the allowable mechanical load tolerance by the boards.

    Keywords: wood based panel, light weight, Electrical resistance, acoustic, polystyrene
  • Pejman Rezayati Charani * Pages 75-90
    Background and objectives

    Today, the use of cellulosic nanofibers is widely researched for the production of various products, such as paper and paperboard. Cellulose nanofibers are made from pulp produced from various lignocellulosic sources in various methods. The quality of these materials can be evaluated in different ways. Meanwhile, the rheology indices of cellulosic nanofibers are one of the simplest and least costly methods to evaluate the quality of this material. In this paper, specifically, the relationship between indices of rheology of cellulosic nanofibers and their ability to improve paper and board strengths for papermaking are introduced.

    Materials and methods

    In this article, materials were categorized in terms of rheology sciences and cellulose nanofibers were specified among them. Then, important indices of rheology of cellulose nanofibers such as yield point, damping coefficient, storage modulus, loss modulus, and yield strain were introduced by presenting some of the results of measuring the rheological indices of cellulosic nanofibers. In the following, the relationship between rheological indices and strengthening ability of cellulose nanofibers to improve tensile and burst strengths of paper and paperboard production were investigated.

    Results

    The more storage modulus, as the most sensitive parameter in viscoelastic measurements compared to the loss modulus, the more viscoelastic ability and more elastic tendency. For cellulose nanofibers, if the ratio of the storage modulus is about 4 times greater than the loss modulus in the same concentrations, this indicates that the material is viscoelastic with considerable elasticity. If the amount of damping coefficient for cellulose nanoparticle gel is less than 0.3, this indicates that these gels are highly elastic with components in the nanometer scale and these characteristics indicate the presence of tangled cellulose nanofiber network and as a result, more strengthening feature is available for a variety of applications as strengthening paper and paperboard products. The critical strain on the behavior of the cellulosic nanofiber’s rheology appears almost independent of its dry matter content which implies the sustainability of the viscoelastic properties of these gels. The thick and dilute produced nanofiber gels have an exponential, with power 3, relationship with dry content (n ∝ G∅). The exponential, with power 3, relationship between the modulus and dry matter percentage is one of the criteria for the achievement of a gel of nanoscale cellulosic fibres.

    Conclusion

    In general, cellulose nanofibers gel is considered as a viscoelastic and thixotropic fluid and when used in paper and paperboard productions, the higher elastomeric index of it creates more strength properties of products. Therefore, in order to predict the achievement of nanosized fibres gel during production, a cheaper evaluation of the cellulosic rheology indices could be used instead of expensive images and even with the comparison of two types of cellulosic nanofibers, their rheological properties predict their performance for reinforcing paper and paperboard.

    Keywords: Paper, paperboard, Rheological indices, Cellulose nanofibers, Viscoelastic gel
  • Hadi Kanaani, Mehdi Jonoobi *, Payam Moradpour, Gholamreza Rafie Pages 91-105
    Background and objectives

    chitin and chitosan, as the most abundant amino-polysaccharide in nature, have characteristics such as biocompatibility, low toxicity, and biodegradability. These unique specifications have resulted in chitin and chitosan attracting a lot of attention because of the high potential for producing valuable products. Chitosan has many uses in the agricultural industry and wood preservation, such as pesticides and insecticides, as well as in biomedical applications, including the use in the pharmaceutical industry as a drug release, and can also be used as drug carriers. The purpose of this article is to extract highly purified chitosan with high de-acetylation degree from shrimp shells.

    Materials and methods

    In this study, the extraction and characterization of chitosan from the shrimp shell (Litopenaeus vannamei) was investigated. For this purpose, chitosan was extracted by chemical method including mineralization (with 4% HCl concentration), protein degradation (with 4% NaOH concentration), and deacetylation (with 60% NaOH concentration). Also, nano-chitosan was prepared by ionic gelation method. A series of parameters were studied, which included the degree of deacetylation, molecular weight, pH and solubility. Also, FTIR spectroscopy, FESEM scanning electron microscopy, Zeta potential, X-ray diffraction spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD) were used.

    Results

    The results of FTIR test on chitin and chitosan extracted from shrimp shell showed that the removal of protein and mineral materials was appropriate with the use of hydrochloric acid, sodium hydroxide. The high degree of deacetylation of chitosan in this study (87%) had a significant effect on the proper solubility and low viscosity of chitosan. The solubility of chitosan in acetic acid was 86%. The molecular weight of the chitosan extracted was 110 kDa. With this molecular weight, chitosan can be used well in the pharmaceutical industry. According to chitosan XRD patterns in previous studies, the peaks obtained in XRD patterns in this study confirmed the semi-crystalline structure of chitosan. Due to the change in the level of chitosan seen in FESEM images, it can be due to the purification of chitosan. The FESEM test confirms nano-chitosan with diameter range of 100 to 150 nm.

    Conclusions

    From the results of this study, it can be concluded that using the chitosan extraction method in this research, highly purified chitosan with high de-acetylation degree can be obtained. With increasing degree of deacetylation, the solubility of chitosan has increased, and this degree of deacetylation has had a significant effect on improving molecular weight (Low molecular weight). As a result of the study of the role of solubility of chitosan in the vicinity of acetic acid, it becomes obvious that the solubility of the chitosan and the size of the nano-chitosan particles depend on the solution pH. The produced chitosan can be used in wide variety of application mainly in pharmaceutical industry.

    Keywords: Shrimp shell, Chitosan, Degree of deacetylation, Nanochitosan
  • Mandana Dilamian, Babak Noroozi * Pages 107-127
    Background and objectives

    Biological wastes such as lignocellulosic materials are on high attention for the purification of contaminated water due to their special properties, such as renewability, biodegradability, and low costs. However, despite its many benefits, disadvantages such as hydrophilic structure, low adsorption capacity, and the lack of flotation have limited the vast application of these natural materials. Therefore, the necessity of producing novel adsorbents with significant capacity such as aerogels has been concerned. Cellulose aerogels have good performance due to their special properties such as low density, high specific surface area and high porosity. In this paper, the effectiveness of cellulose aerogel adsorbents for removing oil and organic solvents from water has been studied. After the extraction of long cellulose micro-nano fibrils from rice straw by chemical and mechanical processes, cellulosic aerogels are fabricated and their efficacy for water pollution remediation was evaluated. The high porous structure and very low density of these cellulosic aerogels are highly desired for the adsorption of organic solvents and oils.

    Materials and methods

    In this research, the rice straw was washed, dried, milled and completely passed through the mesh. The straw wax was extracted using a mixture of toluene/ethanol solution. In order to separate lignin, de-waxed rice straw was combined with a desired amount of sodium chlorite solution in an acidic environment. After de-lignification, the dry specimen was combined with potassium hydroxide solution until the hemicellulose and silica were totally removed from the fibers and pure cellulose fibers remained. After extraction of cellulose, suspension of cellulosic fibers was homogenized using high speed homogenization and the suspension was then treated with high-intensity ultrasonic apparatus with a frequency of 20 kHz. In order to produce aerogels, the suspensions of cellulose micro-nanofibres containing different amount of crosslinking agent were prepared in various concentrations. The suspensions were dried in a freeze-dryer. Finally, using a chemical vapor deposition method (CVD) with trimethoxysilane, the surface of cellulose aerogel became hydrophobic. The water adsorption capacity of cellulose aerogels in the presence of various concentrations of the crosslinker was determined to optimize the concentration of the crosslinker. Furthermore, the density and porosity of cellulosic aerogels were investigated at various cellulose contents. The structure and morphology of aerogels were evaluated using a scanning electron microscope. The application of these cellulosic aerogel in elimination of water pollution was also studied.

    Results

    In the pre-freezing process, the use of liquid nitrogen resulted in the rapid freezing of cellulose suspension which produced highly porous structure of aerogels. Adding a crosslinking agent improved the wet strength and stability of the cellulose aerogel structure. As the concentration of cellulose fibers increased, the density of cellulose aerogel increased and simultaneously the porosity decreased. The scanning electron microscopic images of cross-sectional area of aerogels represented a porous structure with a pore size of one to several hundred micrometers, distributed throughout isotropic structure. The results of the water contact angle test revealed a mean value of 151.7 ° for the coated sample, indicating the super-hydrophobicity of the cellulose aerogel. The hydrophobic cellulose aerogel had a highly desirable adsorption capability in the range of 130-69 g.g-1 for different types of oil (pump oil, crude oil, paraffin, diesel oil) and organic solvents (toluene, acetone, dimethylformamide, and chloroform).

    Conclusions

    Generally, very low density and high porous hydrophobic cellulose aerogel obtained from rice straw through series of chemical and mechanical treatment, had substantial adsorption capacity for organic solvents and oils.

    Keywords: Rice straw, Crosslinking agent, Cellulose aerogel, Hydrophobicity, Adsorbent