تبدیل پسماند صنایع کاغذسازی به نانومواد سودمند برای کشاورزی_صبح سریع

پژوهشگران با منفعت‌گیری از اسید استیک، موفق به گسترش روشی سبز و ارزان برای جداسازی لیگنین کرافت ـ یکی از پسماندهای زیاد صنایع کاغذسازی برزیل ـ شدند. این نوآوری نه‌تنها به افزایش قیمت افزوده این ضایعات پشتیبانی می‌کند، بلکه بستری برای تشکیل نانوذرات زیست‌تخریب‌پذیر با کاربرد در کشاورزی و فناوری محافظت از نور فرابنفش فراهم کرده است.

در پژوهشی نوآورانه، تیمی از دانشمندان دانشگاه ایالتی سائوپائولو (UNESP) و دانشگاه فدرال سائو کارلوس (UFSCar) در برزیل موفق به منفعت گیری از اسید استیک ـ ماده‌ای طبیعی و قابل بازیافت که ترکیب مهم سرکه به‌شمار می‌آید ـ برای جداسازی قسمت‌های خاصی از لیگنین کرافت شدند. این ترکیب، یکی از پسماندهای عمده صنایع خمیر کاغذ و سلولز در برزیل است که سالانه به مقدار بسیاری تشکیل می‌شود.

لیگنین، مولکولی پیچیده و ناهمگن با ساختارهای متنوع است که از آن در صنایع گوناگون می‌توان منفعت‌برداری کرد، اما به‌علت پیچیدگی ترکیب، منفعت گیری مستقیم از آن دشوار است. از همین‌رو، دانشمندان به سرپرستی دکتر جسیکا رودریگز (Jessica Rodrigues) از مهندسان شیمی و پژوهشگران پسادکتری در پردیس سوراکابای دانشگاه UNESP، فرایند جداسازی و قسمت‌بندی این ترکیب را طراحی کردند.

به‌ حرف های این پژوهشگر، لیگنین بر پایه روش استخراج به انواع مختلفی چون کرافت، قلیایی، ارگانوسالون و سولفونه تقسیم می‌شود. لیگنین کرافت که از فرآیند جداسازی سلولز از چوب اکالیپتوس به‌دست می‌آید، زیاد‌ترین نوع پسماند صنعتی در صنعت کاغذسازی برزیل به‌شمار می‌رود. ساختار فنولی این نوع لیگنین آن را به گزینه‌ای مناسب برای تشکیل مواد پیشرفته به‌اختصاصی در حوزه نانوفناوری تبدیل کرده است.

در این پژوهش، دانشمندان با الهام از کاربرد رایج اسید استیک در استخراج لیگنین ارگانوسالون، از این حلال سبز و کم‌هزینه برای جداسازی قسمت‌های مؤثر لیگنین کرافت منفعت گیری کردند. این روش برخلاف دیگر روشها که نیازمند چندین حلال یا مرحله های پیچیده‌اند، تنها با تحول درصد اسید استیک در محلول ـ از ۳۰ تا ۵۰ درصد ـ موفق به جداسازی لیگنین با ویژگی‌های متفاوت شدند.

نتایج نشان داد که لیگنین جداسازی‌شده با اسید استیک ۳۰ درصد، غنی از گروه‌های فنولیک OH و دارای خاصیت محافظت در برابر پرتوهای فرابنفش است. این گروه پژوهشی موفق شد از این قسمت‌های لیگنین، نانوذراتی تشکیل کند که قابلیت راه اندازی کپسول حوالی مواد فعال را دارند. این نانوکپسول‌ها می‌توانند به‌گفتن عامل محافظ UV در محصولات گوناگون به‌کار روال. این چنین اشکار شد که هرچه درصد OH آلیفاتیک زیاد تر باشد، اندازه نانوذرات کوچک‌تر خواهد می بود.

افزون بر این، پژوهشگران کاربرد این نانوذرات در آزادسازی کنترل‌شده کودهای NPK در خاک و مهار علف‌های هرز از جمله «کارورو» و «علف سیاه» را نیز بازدید کرده‌اند. آزمایش‌های صورت‌گرفته نشان داده‌اند که این نانوذرات در برابر تجزیه محیطی مقاوم‌ می باشند و بسته به ساختار شیمیایی، حرکت آزادسازی متغیری دارند؛ مفهومی که آن‌ها آن را «ربط ساختار و کارکرد» می‌نامند.

با دقت به کاربردهای متنوع، تیم پژوهشی برزیلی تصمیم دارد مشتقات به‌دست‌آمده از این لیگنین را نیز در قالب پتنت ثبت‌شده خود با شماره BR ۱۰ ۲۰۲۴ ۰۲۰۱۸۱۷ داخل کند. این ثبت اختراع تحت گفتن «فرآیند سبز برای به‌دست‌آوردن قسمت‌های خاصی از لیگنین کرافت و کاربرد آن‌ها در نانوفناوری» انجام شده است. از دیگر اعضای تیم می‌توان به دکتر لئوناردو فراسِتو (Leonardo Fraceto)، دکتر واگنر بوتارو (Vagner Botaro)، آماندا دی فریتاس (Amanda de Sousa Martinez de Freitas) و دکتر مری‌ستلا فریرا (Marystela Ferreira) اشاره کرد.

گروه تحقیقاتی اکنون در تلاش است تا با آزمایش زیست‌تخریب‌پذیری این نانوذرات در خاک و آب، امکان جایگزینی آن‌ها با میکروپلاستیک‌های رایج در کشاورزی را بازدید کند. آن‌ها این چنین تصمیم دارند استانداردها و پروتکل‌های خاصی برای سنجش زیست‌تجزیه‌پذیری نانوذرات تدوین کنند، چرا که اثبات زیست‌تخریب‌پذیری در مقیاس نانو چالش‌برانگیز است.