TEMPO / NaCIO / NaBr oksidasyon yöntemiyle nanoselüloz üretimi

Selüloz nanofibriller (NFC), büyük ölçüde odun biyokütlesinden ve tipik olarak ağartılmış odun hamurundan sulu ortamda mekanik parçalanmasıyla elde edilir. Ancak, bu yöntemlerin tek başına kullanılması düşük verimliliğin yanı sıra yüksek maliyet ve enerji tüketimi gerektirmektedir. Bu sorunları gidermek için çeşitli kimyasal ve biyolojik ön işlemler geliştirilmiştir. Yakın geçmişte selüloz liflerin 2,2,6,6- tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO)-destekli oksidasyon ile kontrol edilebilir, yüksek verimli ve daha düşük mekanik enerji tüketimiyle sulu ortamda ayrıştırılabileceği belirlenmiştir. Bu çalışmada TEMPO-destekli oksitlenmiş selüloz (TOC), değişik NaClO birincil oksidan miktarı kullanarak ağartılmış odun hamurunun bazik ortamda TEMPO/NaBr/NaClO sistemi ile oksidasyonu sonucu elde edilmiştir. Oksidasyon işleminin bir başarı ölçütü olarak değerlendirilen, enerji tüketimine katkı sağlayan ve titrasyon iletgenlik ölçümleriyle belirlenen –COONa sodium karboksilat grupları için D-glukoz birim başına 1.68 mmol/g değeri elde edilmiştir. Devamında seyreltilmiş TOC örnekleri ultrasonikasyon ve yüksek basınçlı homojenizasyona tabi tutularak TEMPO-destekli oksitlenmiş selüloz nanofibril (TOCN) süspansiyonu elde edilmiştir. Elde edilen süspansiyona santrifüj saflaştırma işlemi uygulayarak fibrillenmemiş- kısmen fibrillenmiş parçaları ayırarak TOCN (supernatant) çözeltisi, başka bir adıyla NFC üretilmiştir. Nanofibrillenme sürecinde orijinal selülozun kristal yapısının korunduğu ve düzlemler arası mesafenin (d200) neredeyse değişmediği (MFC, TOC ve TOCN selüloz örneklerinde sırasıyla 4,39 nm, 4,26 nm ve 3,53 nm) XRD ölçümleriyle teyit edilmiştir. TOCN'lerin solüsyon halindeki ortalama hidrodinamik büyüklükleri, dağılım yüzdeleri ve homojenlığı DLS ölçümleriyle gözlemlenmiştir. TOC örneğinin üçlü dağılımlı yapısı TOCN örneğinde daha küçük ve ortalamaları 100 nm ve 700 nm'de bulunan ikili büyüklük dağılımlı yapıya dönüşdüğü görülmüştür. Daha sonra, TOCN çözeltisi vakum filtrasyon yöntemiyle ıslak film haline getirilip şeffaf film eldesi için iki kurutma tekniği uygulanmıştır.