Thermal and functional group characterization of cellulose from sugarcane bagasse การวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนและหมู่ฟังก์ชั่นของเซลลูโลสจากชานอ้อย

กิตติยา ปลื้มใจ, กรองทิพย์ เติมเกาะ, เอกรัฐ มีชูวาศ, วิษณุ เพชรภา

Abstract


งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนและหมู่ฟังก์ชันของเซลลูโลส โดยงานวิจัยนี้เลือกวิธีการสกัดเซลลูโลสจากชานอ้อยโดยการปรับสภาพด้วยกระบวนการทางเคมี (Chemical treatment)  โดยการใช้กรดซัลฟิวริกแบบเจือจางและด่างคือโซเดียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จากนั้นศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเซลลูโลสที่เตรียมได้ด้วยเครื่อง Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) พบว่าเซลลูโลสที่ผ่านการปรับสภาพด้วยกระบวนการทางเคมี องค์ประกอบทางเคมีของลิกนินและเฮมิเซลลูโลสได้ถูกกำจัดออกไป วิเคราะห์โครงสร้างผลึกของเซลลูโลสด้วยเครื่อง X-ray diffraction (XRD) พบว่ามีโครงสร้างผลึกแบบ cellulose Iᵦ และพบว่าค่าดัชนีผลึกของเซลลูโลสหลังปรับสภาพด้วยกระบวนการทางเคมี มีค่าเท่ากับ 72 % และวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนด้วยเทคนิค Differential Scanning Calorimeter (DSC) พบว่าผลึกไมโครเซลลูโลสมีอุณหภูมิการสลายตัวสูงกว่าเส้นใยไมโครเซลลูโลส

Thermal and functional group characterization of cellulose from sugarcane bagasse

This research has focused on the characterization of cellulose from sugarcane bagasse by thermal and functional group analysis. Cellulose was extracted from sugarcane bagasse using chemical treatment with sulfuric acid, sodium hydroxide and hydrogen peroxide. Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) analysis showing the evidence of hemicellulose and lignin removed from sugarcane bagasse after chemical treatment investigated chemical functional groups of the prepared cellulose.Crystalline structures of cellulose were characterized using X-ray diffraction (XRD). XRD results showed that the obtained product was in a form of cellulose Iᵦ structure, it is found that the treated cellulose by chemical treatment had a higher crystallinity than untreated cellulose. Thermal analysis was studied by Differential Scanning Calorimeter (DSC) which found that the microcrystalline cellulose had a higher thermal degradation than microfibrils cellulose.


Keywords


Sugarcane bagasse; Cellulose; Chemical treatment; ชานอ้อย; เซลลูโลส; การปรับสภาพทางเคมี

Full Text:

PDF

References


AZIS, A.A., M. RUSIN and MOKHTAR. Preparation of cellulose from oil palm empty fruit bunches via ethanol digestion: effect of acid and alkali catalysts. Journal of Oil Palm Research. 2002, 14, 9-14.

KUMAR, SAMPATH. Industrial waste water for sugar cane industry [online]. [viewed 28 February 2020]. Available from: https://pt.slideshare.net/sampathcivil/industrail-waste-water-for-sugar-cane-industry

NIPPON PAPER GROUP. Cellulose nanofiber manufacturing technology and application development [online]. [viewed 28 February 2020]. Available from: http://www.nipponpapergroup.com/english/research/organize/cnf.html

MUSTAFA BALAT. Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: a review. Energy Conversion and Management. 2011, 52, 858-875.

CHEN BOYUAN, CHEN SHIAUWEI and WANG HANTSUNGCHEN. Use of different alkaline pretreatments and enzyme models to improve low-cost cellulosic biomass conversion. Biomass and Bioenergy. 2012, 39, 182-191.

นันทิกา คล้ายชม, เพ็ญจิตร ศรีนพคุณ และอนุสิษฐ์ ธนะพิมพ์เมธา. การผลิตน้าตาลรีดิวส์จากซางข้างฟางหวานโดยกระบวนการไฮโดรไลซิสด้วยกรด. วิศวกรรมสาร มก. 2554, 24, 91-102.

MCMILLAN, J.D.. Pretreatment of lignocellulosic biomass. In: HIMMEL, M.E., J.O. BAKER and R.P. OVEREND (Eds.). Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production. Washington, DC : American Chemical Society. 1994, pp. 292–324.

SUN, YE and JIAYANG CHENG. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresource Technology. 2002, 83, 1–11.

PLERMJAI, K., K. BOONYARATTANAKALIN, W. MEKPRASART, S. MEKPRASART, W. PHOOHINKONG and W. PECHARAPA. Extraction and characterization of nanocellulose from sugarcane bagasse by ballmilling- assisted acid hydrolysis. AIP Conf. Proc. 2010. [online]. 020005-1 - 020005-7 (2018). Available from: https://doi.org/10.1063/1.5053181

OUYANG, XIANHONG, WENYA WANG, QIPENG YUAN, SHUANGXI LI, QIUXIANG ZHANG and PENGXIANG ZHAOC. Improvement of lignin yield and purity from corncob in the presence of steam explosion and liquid hot pressured alcohol. RSC Advances. 2015, 5, 61650-61656.

ALEMDAR, AYSE and MOHINI SAIN. Isolation and characterization of nanofibers from agricultural residues – Wheat straw and soy hulls. Bioresource Technol. 2008, 99, 1664–1671.

WADA, MASAHISA, JUNJI SUGIYAMA and TAKESHI OKANO. Native celluloses on the basis of two crystalline phase (I/Iβ) system. Journal of Applied Polymer Science. 1993, 49, 1491-1496.

John, MJ. and RD. Anandjiwala. Recent developments in chemical modification and characterization of natural fibre-reinforced composites. Polymer Composites. 2008, 29, 187–207.

SREEKALA , M. S., SEENA JOSEPH, M. G. KUMARAN and MAYA JACOB JOHN. Oil palm fibers reinforced phenol formaldehyde composites: influence of fibers surface modifications on the mechanical performance. Applied Composite Materials. 2000, 7, 295–329.

BONDESON, D., A. MATHEW and K. OKSMAN. Optimization of the isolation of nanocrystals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis. Cellulose. 2006, 13, 171–180.

KUMAR, A., Y.S. NEGI, V. CHOUDHARY and N.K. BHARDWAJ. Characterization of cellulose nanocrystals produced by acid-hydrolysis from sugarcane bagasse as agrowaste. Materials Chemistry and Physics. 2014, 2, 1–8.

SHELTAMI , RASHA M., IBRAHIM ABDULLAHA, ISHAK AHMADA, ALAIN DUFRESNE and HANIEH KARGARZADEH. Extraction of cellulose nanocrystals from mengkuang leaves (Pandanus tectorius). Carbohydrate Polymers. 2012, 88, 772–779.

NURAIN JOHAR, ISHAK AHMAD and ALAIN DUFRESNE. Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Industrial Crops and Products. 2012, 37, 93–99.

HOWARD, SIÂN T. and OLIVIER LAMARCHE. Description of covalent bond orders using the charge density topology. Journal of Physical Organic Chemistry. 2003, 16, 603–607.

MD. SAKINUL ISLAM, NHOL KAO, SATI N. BHATTACHARYA, RAHUL GUPTA and PRADIPTO K. BHATT ACHARJEE. Effect of low pressure alkaline delignification process on the production of nanocrystalline cellulose from rice husk. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2017, 80, 820–834.

SIWEI HUANG, LING ZHOU , MEI-CHUN LI , QINGLIN WU and DINGGUO ZHOU. Cellulose nanocrystals (CNCs) from corn stalk: activation energy analysis. Materials. 2017, 10, 1-13.

TONOLI, G.H., E.M. TEIXEIRA, A.C. CORREA, J.M. MARCONCINI, L.A. CAIXETA, M.A. PEREIRA-DA-SILVA and L.H. MATTOSO. Cellulose micro/nanofibres from eucalyptus kraft pulp: preparation and properties. Carbohydr. Polym. 2012, 89, 80–88.

JUAN I., VERA A. MORAN, VIVIANA P. ALVAREZ and ANALIA VAZQUEZ CYRAS. Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers. Cellulose. 2008, 15, 149-159.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.