Pesquisadores descobrem mecanismos para secar facilmente e redispersar nanocristais de celulose

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Os nanocristais de celulose – nanomateriais de base biológica derivados de recursos naturais, como a celulose vegetal – são valiosos para seu uso em tratamento de água, embalagens, engenharia de tecidos, eletrônicos, revestimentos antibacterianos e muito mais. Embora os materiais forneçam uma alternativa sustentável aos materiais não de base biológica, transportá-los em líquidos tributa as infraestruturas industriais e leva a impactos ambientais.

Uma equipe de pesquisadores de engenharia química da Penn State estudou os mecanismos de secagem dos nanocristais e propôs a nanotecnologia para tornar os nanocristais altamente redispersíveis em meios aquosos, mantendo sua funcionalidade total, para torná-los mais fáceis de armazenar e transportar. Eles publicaram seus resultados na revista Biomacromoléculas. O trabalho também será destaque na capa do jornal de 17 de janeiro.

“Nós analisamos como poderíamos pegar nanocristais peludos, secá-los em fornos e redispersá-los em soluções contendo diferentes íons”, disse a co-autora Breanna Huntington, atual estudante de doutorado em engenharia química na Universidade de Delaware e ex-membro do Sheikhi Grupo de Pesquisa enquanto estudante de graduação na Penn State. “Em seguida, comparamos sua funcionalidade com nanocristais de celulose convencionais e não peludos”.

Os nanocristais têm cadeias de celulose carregadas negativamente em suas extremidades, conhecidas como cabelos. Quando reidratados, os fios repelem-se e separam-se, dispersando-se novamente através de um líquido, como resultado da repulsão eletrostérica – um termo que significa conduzido por carga, ou eletrostático, e dependente de volume livre, ou estérico.

“As extremidades peludas dos nanocristais são nanoengenheiradas para serem carregadas negativamente e se repelirem quando colocadas em meio aquoso”, disse o autor correspondente Amir Sheikhi, professor assistente de engenharia química e biomédica da Penn State. “Para ter função máxima, os nanocristais devem ser partículas individuais separadas, não encadeadas como quando estão secas.”

Depois que as partículas peludas foram redispersadas, os pesquisadores as testaram e mediram seu tamanho e propriedades de superfície e descobriram que suas características e desempenho eram os mesmos daqueles que nunca haviam sido secos. Eles também descobriram que as partículas podem ter um bom desempenho e manter sua estabilidade em uma variedade de misturas líquidas de diferentes salinidades e níveis de pH.

“Os nanocristais peludos podem se redispersar mesmo em altas concentrações de sal, o que é conveniente, pois permanecem funcionais em meios agressivos e podem ser usados ​​em uma ampla gama de aplicações”, disse o co-primeiro autor Mica Pitcher, estudante de doutorado em química da Penn State. , supervisionado por Sheikhi. “Este trabalho pode abrir caminho para o processamento sustentável e em larga escala de nanoceluloses sem o uso de métodos aditivos ou intensivos em energia”.

O programa Penn State College of Engineering Summer Research Experiences for Undergraduates e o programa de pós-graduação do NASA Pennsylvania Space Grant Consortium apoiaram este trabalho.

Com informações de Science Daily.

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