يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة بحثية

تحضير الأيروجيلز النانوسيلولوز/الكيتوزان/الزراعة المستخرجة من النفايات لمعالجة المياه متعددة الوظائف

89 مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/72167

⸱

يوليو 31, 2026

1School of Chemistry and Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Physical Sciences (FEPS), University of Southampton

في هذه المقالة

ملخص

تعرض هذه الدراسة أيروجيلز قابلة للاسترداد من النانو السليلوز/الكيتوزان الهوائية المدمجة مع جسيمات نانوية فضية مصنعة باللون الأخضر مشتقة من باغاس قصب السكر. يتميز المركب المحسن بتعدد الوظائف متوازن، حيث يوفر نشاطا مضادا للبكتيريا قويا، وتخفيلا فعالا ل4-نيتروفينول حفزا، وتعزيز امتصاص الصبغة والمعادن الثقيلة مع تحكم عال في إطلاق الفضة.

الملخص

توفر الهائلات النانوية المشتقة من النفايات طريقا مستداما لتحويل بقايا اللجنوسيلوز إلى مواد مسامية وظيفية، لكن موازنة النشاط المضاد للبكتيريا، والأداء التحفيزي، وقدرة الامتصاص، والسيطرة على إطلاق الزراعة لا تزال تحديا. في هذه الدراسة، استخدم باغاس قصب السكر كمصدر للكتلة الحيوية لتحضير النانوسيلولوز المستخرج من النفايات من خلال المعالجة القلوية، وتبييض بيروكسيد الهيدروجين، والتجانس عالي الضغط، والسونيكا. تم دمج النانوسيلولوز مع الكيتوزان لتكوين هيليات هوائية مسامية عن طريق التجميد والتجميد، تلاها تحميل أخضر ميداني لجزيئات الزراعة النانوية باستخدام مستخلص الشاي الأخضر الموحد كوسيط اختزالي. احتفظ الهرول الهوائي المحسن Ag-WNC/CS-A-3 بمسامية عالية، واستقرار ميكانيكي محسن، ومساحة سطح BET تبلغ 66.4 ± 5.2 م²/جم. أظهر نشاطا مضادا للبكتيريا قويا ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، وتقليل فعال ل4-نيتروفينول مع معدل ثابت ظاهري 0.184 ± 0.017 دقيقة، وزيادة في الامتصاص نحو الميثيلين الأزرق والزبلون الزوجي (II)، مع سعات توازن 118.7 ± 7.1 ملغ/جم و72.4 ± 6.3 ملغ/غرام على التوالي. على الرغم من أن التحميل العالي للزراعة حسن الأداء المضاد للبكتيريا والتحفيز قليلا، إلا أنه قلل من توازن الامتصاص وزاد من إطلاق الزراعة الطبيعية. بشكل عام، قدم Ag-WNC/CS-A-3 أكثر التركيبات توازنا بين السلامة الهيكلية، والنشاط متعدد الوظائف، واستقرار إعادة الاستخدام، والتحكم في إطلاق الزراعة (Ag-Launch). يدعم هذا العمل استراتيجية تصميم مستدامة للهبوجيلات الحيوية القابلة للاسترداد في التطبيقات المضادة للبكتيريا والتحفيز والمعالجة المائية.

المقدمة

أصبح تحويل النفايات الزراعية إلى مواد وظيفية اتجاها مهما في علم المواد المستدامة. يعد باغاس قصب السكر جذابا بشكل خاص لأنه ينتج بكميات كبيرة أثناء معالجة السكر والعصائر ويحتوي على نسبة عالية من السليلوز التي يمكن استعادتها لأغراض ذات قيمة مضافة. أكدت الأعمال الحديثة أن باغاس قصب السكر هو مصدر منخفض التكلفة وذو صلة بيئية بالكتلة الحيوية، رغم أن استخراج السليلوز بكفاءة، وتشغيله، وإنتاج البنية النانوية القابلة للتوسع لا تزال التحديات التقنية الرئيسية1. وهذا يجعل النانوسيلولوز المستخرج من الباغاس منصة مناسبة لتطوير مواد مسامية تجمع بين تثمين النفايات والوظائف البيئية.

حظي النانوسيلولوز باهتمام متزايد في معالجة المياه والتطبيقات البيئية بسبب مصدره المتجدد، وتركيبه الليفي على نطاق نانوي، وفرة مجموعات الهيدروكسيل، وقابليته العالية لتعديل السطح. لخصت مراجعة حديثة أن المواد القائمة على النانو سيلولوز يمكن معالجتها إلى مفرقيق، وأغشية، وهيدروجيلات، وهايروجيلات، وأجسام ثلاثية الأبعاد لإزالة الأصباغ والمعادن الثقيلة والأدوية والمبيدات الحشرية والخلايا الميكروبية وغيرها من الملوثات من الماء2. من بين هذه الصيغ، تعد الأيروجيلز واعدة بشكل خاص لأنها تجمع بين كثافة منخفضة، ومسامية عالية، ومساحة سطح واسعة وسهولة التعافي بعد الاستخدام.

عادة ما يتضمن تصنيع النانوسيلولوز الهوائي تحضير النانوسيلولوز، وتكوين الجل، وتبادل المذيبات أو التجميد المباشر، والتجفيف. تسمح هذه الخطوات بتجميع ألياف النانوسيلولوز في شبكة مسامية ثلاثية الأبعاد3. تم استكشاف هذه الأيروجيلز على نطاق واسع لامتصاص الأصباغ وأيونات المعادن الثقيلة والمضادات الحيوية والمذيبات العضوية وخلطات الزيت والماء لأن هياكلها المفتوحة تسهل نقل الكتلة بينما توفر مجموعاتها السطحية مواقع تفاعل للملوثات. ومع ذلك، غالبا ما تعاني الأيروجيلز النانوسيلوز فقط من ضعف الاستقرار الرطب، وقوة ميكانيكية محدودة، وعدم كفاية تعدد الوظائف، مما يحد من استخدامها العملي.

لتجاوز هذه القيود، لفت الهوائيات المركبة المبنية على السليلوز والكيتوزان الانتباه. يحتوي الكيتوزان على مجموعات أمينية وهيدروكسيل يمكنها التفاعل مع السليلوز من خلال الروابط الهيدروجينية، وقد توفر أيضا مواقع ارتباط إضافية لأيونات المعادن والملوثات العضوية. تم وصف الهايروجيلز الحيوية المستخرج من السليلوز والكيتوزان بأنها مواد ناشئة لمعالجة المياه لأن كثافتها المنخفضة، ومساحة سطحها العالية، وبنيتها المسامية، وكيمياء السطح القابلة للتعديل يمكن أن تدعم الامتصاص وإعادة الاستخدام4. في الهائلات النانوية السليلوزية، يمكن للكيتوزان أن يعمل ليس فقط كمكون معزز هيكلي، بل أيضا كبوليمر وظيفي يحسن ارتباط الملوثات والإمكانات المضادة للبكتيريا.

بالإضافة إلى الامتصاص، من المتوقع بشكل متزايد أن توفر الأيروجيلز متعددة الوظائف وظائف تحفيزية ومضادة للميكروبات. وهذا مهم بشكل خاص لمواد معالجة المياه التي قد تواجه ملوثات كيميائية وتلوثا ميكروبيا. تستخدم جسيمات الفضة النانوية على نطاق واسع في المواد الوظيفية بسبب خصائصها المضادة للميكروبات والتحفيز. عند تثبيت الجسيمات النانوية على دعامات قائمة على السليلوز، يمكن استرجاع الجسيمات النانوية للزراعة بسهولة أكبر وقد تظهر تشتت أفضل مقارنةبجسيمات نانوية غير مدعومة. تم الإبلاغ عن الهوائيات النانوية الفضية/السليلوزية المصنعة باللون الأخضر كمحفزات قابلة لإعادة التدوير لهدرجة النيتروفينول، مما يشير إلى أن هائيات السليلوز يمكن أن تكون حاملات قوية للأنظمة التحفيزية القائمة على الزراعة6.

تعد استراتيجيات التخليق الأخضر مهمة أيضا لأن تخليق الجسيمات النانوية التقليدي قد يتضمن عوامل اختزال قوية أو مثبتات تقلل من الميزة البيئية للمواد القائمة على الكتلة الحيوية. يمكن لمستخلصات النباتات الغنية بالبوليفينولات أن تقلل الجسيمات النانوية من Ag⁺ إلى Ag، كما تساهم في الاستقرار أثناء تكوين الجسيمات. تم استخدام مستخلص الشاي الأخضر في تخليق AgNP لأن مركباته الفينولية يمكن أنتعمل كعوامل مختزلة وتغطية 7. ومع ذلك، فإن التوليف القائم على الاستخلاص يدخل أيضا تباين الدفعات، مما يجعل توحيد الاستخلاص ضروريا عندما يقصد بإعادة إنتاج الطريقة الآن.

على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال هناك عدة فجوات. أولا، تركز العديد من الدراسات على وظيفة واحدة، مثل امتصاص الصبغة، إزالة المعادن الثقيلة، النشاط المضاد للبكتيريا، أو تقليل 4-نيتروفينول، بدلا من تقييم كيفية موازنة هذه الوظائف في نظام إيروجيل واحد قابل للاسترجاع. ثانيا، غالبا ما يرتبط التحميل الأعلى للحمولة بنشاط أقوى مضاد للبكتيريا أو التحفيز، لكن الإفراط في الزراعة قد يسد المسام، ويقلل من قدرة الامتصاص، ويزيد من الإطلاق، ويضعف ملف استدامة المادة. ثالثا، يتم تقييم أداء الامتزاز غالبا في المحاليل الملوثة المفردة، بينما يمكن للأيونات المتواجدة والمصفوفات المائية الأكثر تعقيدا أن تؤثر بشكل كبير على الأداء العملي8. تشير هذه القضايا إلى أن تصميم الأيروجل متعدد الوظائف يجب أن يتجاوز النشاط الأقصى ويأخذ في الاعتبار توازن البنية والوظيفة.

مقارنة بالمواد الهوائية السليلوز/الكيتوزان/الزراعة التي تم الإبلاغ عنها سابقا، يتميز النظام الحالي بأربع ميزات تصميم مترابطة: السقالة السليلوزية معدة من نفايات قصب السكر المصنوعة من باغاس؛ خطوة تكوين AgNP تستخدم مستخلص شاي أخضر موحد بدلا من دفعة مستخلص نباتي غير مميزة؛ يتم مقارنة ثلاثة مستويات من الزراعة لتحديد توازن الأداء بدلا من تركيبة تحمل أقصى للحمل؛ ويتم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا، وتحفيز 4-نيتروفينول، وامتصاص الصبغة/المعادن الثقيلة، والتجدد، وتحمل المصفوفات، وإفراز الزراعة معا. يوضح هذا التصميم القائم على المقارنة أن التجديد يكمن في توازن البنية والخصائص والأداء المتكامل وليس في مجرد الجمع بين السليلوز والكيتوزان والزراعة.

وبناء عليه، طورت هذه الدراسة هيليلا هوائيا مشتقا من النانوسيلولوز (WNC)/الكيتوزان (CS)/جسيم الفضة النانوي (AgNP) باستخدام باغاس قصب السكر كمصدر للسليلوز، ومستخلص الشاي الأخضر الموحد لتحميل AgNP في الموقع. تم تقييم الأيروجيل من خلال توصيف متعدد الوسائط، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، المجهر الإلكتروني الماسح مع مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (SEM/EDS)، مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، مطيافية الإلكترونات بالأشعة السينية (XPS)، تحليل مساحة سطح بروناور-إيميت-تيلر (BET)، التحليل الحراري الجاذبي (TGA)، والاختبار الميكانيكي. تم تقييم الأداء الوظيفي من خلال اختبارات مضادة للبكتيريا معتمدة على CFU ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، والتقليل التحفيزي ل4-نيتروفينول، وامتصاص الميثيلين الأزرق وزبلون Pb(II)، واختبار التجدد، والتداخل بين الأيونات المتداخلة، وتقييم مياه الصرف المحاكى، وتحليل إطلاق الزراعة. يبني هذا التصميم على أعمال حديثة تظهر إمكانات الهايروجيلز القائمة على السليلوز والنانوي السليلوز لإزالة الملوثات، مع معالجة الحاجة إلى تقييم الأداء متعدد الوظائف والتحكم في إطلاق الزراعة9.

كانت الفرضية المركزية أن مستوى تحميل الزراعة المتوسط سيوفر تركيبة أكثر توازنا من التحميل المنخفض أو المفرط. في هذا التصميم، يوفر النانوسلولز السقالة المسامية، ويعزز الكيتوزان البنية ويساهم في مواقع الامتصاص، وتدخل AgNPs نشاطا مضادا للبكتيريا وتحفيزيا. أظهرت الدراسات الحديثة على الهبويلات المركبة الزراعية القائمة على السليلوز أن دمج الزراعة يمكن أن يحسن الوظائف المضادة للميكروبات والتحفيز، لكن المصفوفة الداعمة وسلوك الإطلاق لا يزالان حاسمين للأداء العملي10. لذلك، تقارن الدراسة الحالية بين ثلاثة مستويات تحميل للزراعة لتحديد التركيبة التي توازن بشكل أفضل بين المسامية، والاستقرار الميكانيكي، والنشاط المضاد للبكتيريا، والكفاءة التحفيزية، وقدرة الامتصاص، وإعادة الاستخدام، والتحكم في إطلاق الزراعة.

تكمن الأهمية الأوسع لهذا العمل في دمج تثمين النفايات وتصميم مواد معالجة المياه متعددة الوظائف. أبرزت المراجعات الحديثة حول الهايروجل المعتمد على السليلوز والهيليات المعتمدة على الكتلة الحيوية إمكاناتها في الامتصاص، والتحفيز، وفصل الزيت عن الماء، والعزل، والتطبيقات الطبية الحيوية، مع التأكيد أيضا على الحاجة إلى تحضير أكثر خضرة، وقابلية توسع أفضل، وثبات التجدد، والسلامة البيئية11,12. من خلال ربط تحضير النانوسيلولوز المستخرج من النفايات مع تعزيز الكيتوزان، وتحميل AgNP الأخضر، وتقييم الأداء متعدد الوسائط، توفر هذه الدراسة إطارا عمليا لتطوير هيليات حيوية قابلة للاسترداد لتطبيقات مضادة للبكتيريا والتحفيز والامتصاص.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

المواد وتصميم التجارب

تم استخدام باغاس قصب السكر كمصدر للنفايات الليجنوسليلوزية لتحضير النانوسيلولوز. كان يغسل الباجاس الطازج بماء الصنبور والماء منزول الأيون، ويجفف عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، ويقطع إلى شظايا بطول 1–2 سم، ويطحن، ويمر عبر منخل مكون من 40 شبكة. تم تخزين المسحوق المجفف في أكياس بولي إيثيلين محكمة الإغلاق مع جل السيليكا في درجة حرارة الغرفة واستخدم خلال شهر واحد. جميع المواد والكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في ملف جدول المواد .

ما لم يذكر خلاف ذلك، كانت جميع المواد الكيميائية من الدرجة التحليلية وتستخدم كما تم استلامها. تم استخدام هيدروكسيد الصوديوم، بيروكسيد الهيدروجين، حمض الخليك، نترات الفضة، بوروهيدريد الصوديوم، 4-نيتروفينول، الميثيلين الأزرق، نترات الرصاص، حمض الهيدروكلوريك، حمض النيتريك، كلوريد الصوديوم، كلوريد الكالسيوم، كلوريد المغنيسيوم، الإيثانول، كاشف فولين-تشوكالتيو، كربونات الصوديوم، وحمض الجاليك للمعالجة المسبقة، وتحميل الزراعة والاختبار التحفيزي والامتصاص والتجدد والمعايرة التحليلية. تدرج مواصفات معيار نترات الفضة (مادة ACS، ≥99.0٪)، بوروهيدريد الصوديوم (≥98.0٪)، كاشف فولين-تشوكالتيو (1.9–2.1 نيوتن)، ومواصفات معيار حمض الجاليك في جدول المواد. تم استخدام الكيتوزان بدرجة إزالة الأسيتلة بين 85٪–90٪ كبوليمر حيوي ثانوي. تم استخدام أوراق الشاي الأخضر لتحضير مستخلص الاختزال المائي لتكوين جسيمات الزراعة النانوية (Ag nano survey)، حيث يمكن لبولي فينولات الشاي أن تعمل كعوامل اختزال ومثبتة أثناء تخليق AgNP13. شمل سير العمل العام استخراج السليلوز، تحضير النانوسيلولوز، تصنيع الهيليات الهوائية، تحميل AgNP، التوصيف الهيكلي، والاختبارات الوظيفية، كما هو موضح في الشكل 1. تم سرد تركيبات العينة ومعايير التحضير في الجدول 1.

تمت معالجة باغاس قصب السكر مسبقا بالغسيل والتجفيف والطحن والمعالجة القلوية وتبييض بيروكسيد الهيدروجين للحصول على لب غني بالسيلولوز. تم تحويل اللب إلى نانوسيلولوز مشتق من النفايات من خلال التجانس والسونيكية عالية الضغط، ثم دمجه مع الكيتوزان لصنع هلامات النانو السليلوز/الكيتوزان عن طريق التجميد والتجميد بالتجميد. تم تحميل جسيمات الزراعة النانوية في الموقع باستخدام AgNO₃ ومستخلص الشاي الأخضر الموحد كوسط مختزل. تم تقييم الأيروجيل الناتج من خلال توصيف هيكلي وكيميائي وحراري وميكانيكي متعدد الوسائط، تلاها تقييمات مضادة للبكتيريا، محفزة، امتصاص، تجدد، وإطلاق الزراعة. تم اختيار Ag-WNC/CS-A-3 كتركيبة متعددة الوظائف المحسنة للهوائي.

تحضير لب الغني بالسيلولوز

تمت معالجة مسحوق الباجاس المجفف بنسبة وزن 4 من NaOH بنسبة 1:20 جرام إلى سائل 1:20 جرام/مل. تم تسخين الخليط عند درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة 3 ساعات تحت التحريك عند 500 دورة في الدقيقة. تم ترشيح الألياف المعالجة وغسلها بماء منزوع الأيونات حتى وصل الترشيح إلى درجة حموضة 7.0 ± 0.2، ثم جففت عند 60 درجة مئوية لمدة 12 ساعة.

تم تبييض الألياف المعالجة بالقلويات بوزن 3٪ H₂O₂ عند درجة حموضة 11.0 ± 0.2 و80 °م لمدة ساعتين. تم تكرار عملية التبييض مرتين. تم غسل اللب الغني بالسيلولوز إلى درجة حموضة محايدة وتخزينه في ماء منزوع الأيونات عند درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة لا تزيد عن 7 أيام. تم تحديد محتوى السليلوز والنصف السليلوز والليغنين والرماد بواسطة تحليل تركيبي جاذبي لتأكيد إزالة المكونات غير السليلوزية14.

تم حساب إنتاج اللب كالتالي:

figure-protocol-1(1)

تحضير النانوسيلولوز المستخرج من النفايات

تم توزيع لب السليلوز الرطب المعادل لكتلة جافة 5.0 جرام في 500 مل من الماء منزوع الأيونات وتم تجانسه مسبقا عند 10,000 دورة في الدقيقة لمدة 10 دقائق. ثم تم معالجة نظام التعليق بواسطة توحيد عالي الضغط: تمريرتان عند 300 بار، وثلاث تمريرات عند 600 بار، وخمس تمريرات عند 900 بار. تم الحفاظ على درجة حرارة المخرج تحت 35 درجة مئوية باستخدام نظام تدوير مياه الثلج.

تم ضبط نظام التعليق المتجانس بقوة 400 واط لمدة 10 دقائق تحت وضع النبض، مع تشغيل 3 ثوان وإيقاف. تم الاحتفاظ بالسفينة في حمام جليدي أثناء التصويب. تم تخفيف نظام التعليق النهائي إلى 1.0٪ وزن وتخزين عند 4 درجات مئوية. تم التخلص من التعليقات التي تظهر ترسيب مرئي أو انفصال طور بعد 24 ساعة. تم قبول تحضير النانوسيلولوز فقط عندما يكون متوسط قطر ألياف TEM أقل من 50 نانومتر، وتجاوز جهد زيتا المطلق 25 مللي فولت.

تم حساب عائد النانوسيلولوز كالتالي:

figure-protocol-2(2)

تحضير وتوحيد مستخلص الشاي الأخضر

يضاف مسحوق الشاي الأخضر، 5.0 جرام، إلى 100 مل من الماء منزوع الأيونات ويسخن عند 80 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. تم تبريد المستخلص وتصفيته عبر ورق الفلتر واتمان رقم 1، وطرد مركزه بحرارة تقارب 7,500 × جرام لمدة 10 دقائق (ما يعادل حوالي 8,000 دورة في الدقيقة لنصف قطر الدوار 10.5 سم)، وتصفيت عبر غشاء بحجم 0.45 ميكرومتر، وتخزينه عند 4 درجات مئوية لمدة لا تزيد عن 48 ساعة.

تم قياس المحتوى الفينولي الكلي باستخدام طريقة فولين-تشوكالتيو. باختصار، تم خلط 0.5 مل من المستخلص المخفف مع 2.5 مل من كاشف فولين-تشوكالتيو المخفف و2.0 مل من كربونات الصوديوم 7.5 ويت. بعد الحضانة في الظلام لمدة 30 دقيقة، تم قياس الامتصاص عند 765 نانومتر. تم استخدام حمض الغاليك كمعيار. تم استخدام دفعات المستخلص التي تحتوي على محتوى فينولي إجمالي ضمن ±10٪ من متوسط الدفعة لتقليل AgNP.

تصنيع الأيرجيلز النانوسلولوز/الكيتوزان

تم إذابة الكيتوسان في حمض الخليك بنسبة 1.0٪ فول لتحضير محلول بوزن 1.0٪ وتحريك طوال الليل. تم ترشيح المحلول عبر شبكة نايلون بحجم 100 ميكرومتر قبل الاستخدام.

لتحضير WNC/CS-A، تم خلط 80 مل من تعليق النانوسيلوز بنسبة 1.0 wt٪ مع 20 مل من محلول الكيتوزان بنسبة 1.0 wt٪ عند 600 دورة في الدقيقة. تم تعديل الرقم الهيدروجيني من حيث الانخفاض إلى 5.5 ± 0.2 باستخدام 0.1 مليون نيكلوث أوهريتش بمعدل أقل من 0.5 مل/دقيقة. يتم التخلص من الخليط إذا ظهر تجمع مرئي أو انفصال طور خلال 30 دقيقة.

تم صب حجم ثابت بمقدار 5.0 مل للتشتت في قوالب بولي بروبيلين أسطوانية بقطر داخلي 20 مم وارتفاع 20 مم. تم تجميد العينات عند -80 درجة مئوية لمدة 12 ساعة وتجفيفها بالتجميد عند -55 درجة مئوية لمدة 48 ساعة تحت ضغط غرفة أقل من 20 باسكال. تم استخدام التجفيف بالتجميد للحفاظ على شبكة النانوسيلولوز المسامية أثناء تكوين الأيروجيل15. تم تحضير WNC-A باستخدام نفس الإجراء بدون كيتوزان. تم قبول الهايروجيل الجاف فقط عندما احتفظ بشكله الأحادي وأظهر انكماش في الارتفاع أقل من 20٪.

تحميل أخضر في الموقع لجسيمات الزراعة النانوية

تم غمر أحادي WNC/CS-A المجففة في محلول AgNO₃ بسعة 30 مل على 1 أو 3 أو 5 ملليمولار لمدة 6 ساعات في الظلام. ثم تم نقل الأيروجيلز إلى 30 مل من مستخلص الشاي الأخضر الموحد وتفاعلت عند 50 درجة مئوية لمدة 4 ساعات في الظلام. بعد الاختزال السطحي، غسلت العينات خمس مرات بماء منزوع الأيونات، ومجمدة عند -80 درجة مئوية لمدة 6 ساعات، وتجفيف بالتجميد عند -55 درجة مئوية لمدة 36 ساعة. تم ترميز العينات النهائية ك Ag-WNC/CS-A-1، Ag-WNC/CS-A-3، و Ag-WNC/CS-A-5. تثبيت الزراعة في هيلات السليلوز يحسن استعادة المحفز ويقلل من فقدان الجسيمات النانوية مقارنة بأنظمة AgNP غير المدعومة16.

تم قياس التحميل الزراعي بواسطة مطيافية الانبعاث البصري المرتبط بالبلازما الحثية (ICP-OES). تم هضم حوالي 20 ملغ من الهايروجل المحمل بالزراعة في حمض النيتريك المخفف عند درجة حرارة 80 درجة مئوية، وتم تخفيفه إلى 50 مل، وتحليله باستخدام منحنى معايرة الزراعة بمقدار 0.01–5.0 ملغ/لتر. تم حساب كفاءة تحميل الزراعة كما يلي:

figure-protocol-3(3)

يتم تلخيص مؤشرات العملية الخضراء المستخدمة في الإنتاج، واستخدام الكاشف، وتحميل الجر، وإطلاق الجر، وتقييم إعادة الاستخدام في الجدول 2.

الكثافة، المسامية، امتصاص الماء، والاستقرار البعدي

تم حساب كثافة الأيروجيل من الكتلة الجافة والحجم الهندسي. تم تجفيف العينات على درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة 6 ساعات، ثم بردها في جهاز تجفيف، وقياسها باستخدام كاليبر رقمي في ثلاثة مواقع.

figure-protocol-4(4)

تم تقدير المسامية بذلك:

figure-protocol-5(5)

حيث تم اعتبار ρs 1.50 جم/سم3 للمواد الصلبة القائمة على السليلوز.

تم قياس امتصاص الماء عن طريق غمر الهوائيات الجافة في مياه منزوع الأيونات لمدة 24 ساعة. تم مسح العينات لمدة 10 ثوان ووزنها فورا.

figure-protocol-6(6)

حيث Ws و Wd هما أوزان الرذاذ الرطب والجاف. تم تقييم الاستقرار البعدي من خلال مقارنة الارتفاع والقطر قبل وبعد الغمر. تم اختبار خمسة أحجار على الأقل لكل مجموعة.

التوصيف الشكلية والبنية المسامية

تمت ملاحظة شكل النانوسيلولوز بواسطة TEM. تم إسقاط تعليق بنسبة 0.005٪ وزن على شبكة نحاسية مطلية بالكربون، وصبغت بحمض فوسفوتونغستيك بوزن 1 ويت لمدة 60 ثانية، وتجفيفها، وتصويرها عند 80–120 كيلو فولت. تم قياس ما لا يقل عن 100 ليف من ثلاثة أنظمة تعليق مستقلة باستخدام إصدار ImageJ 1.54.

تمت ملاحظة شكل الهرول الهوائي بواسطة SEM. تم تكسير العينات في النيتروجين السائل، وتركيبها على قطع الألمنيوم، وتغطية بالذهب لمدة 60 ثانية، وتصويرها عند 5–10 كيلو فولت. تم تسجيل خمسة حقول على الأقل لكل عينة. تم إجراء رسم خرائط EDS لتحديد توزيع الزراعة والكسيم والأكسجين والنيتروجين.

تم إجراء تحليل امتصاص وإزالة النيتروجين عند 77 كلفن. تم إزالة الغازات من العينات عند 60 درجة مئوية لمدة 12 ساعة قبل التحليل. تم حساب توزيع مساحة سطح BET وتوزيع حجم المسام باريت-جوينر-هاليندا (BJH) لأن الوصول إلى المسام يؤثر مباشرة على الامتصاص والأداء التحفيزي في الهايروجل السليلوز17.

تحليل FTIR وXRD وXPS وTGA

تم جمع أطياف FTIR في وضع ATR من 4000 سم-1 إلى 500 سم-1 بدقة 4 سم-1 مع 32 مسحا لكل عينة. تم تصحيح الأطياف على الأساس وتطبيعه إلى نطاق C-O-C السليلوز بالقرب من 1050 سم-1. تم استخدام FTIR لتقييم المجموعات الوظيفية المرتبطة بالسليلوز والكيتوزان؛ تم تأكيد تكوين الزراعة بواسطة XRD وXPS وEDS وICP-OES.

تم تنفيذ XRD باستخدام إشعاع Cu-K-ألفا عند 40 كيلوفولت و40 مللي أمبير. تم مسح العينات من 5° إلى 80° بسرعة 5°/دقيقة. تم حساب مؤشر تبلور السليلوز باستخدام طريقة سيغال. تم تعيين الزراعة المعدنية البلورية فقط عندما تكون قمم الحيود بالقرب من 38.1° و44.3° و64.4° قابلة للكشف، وتم تفسير تكوين الزراعة مع XPS ورسم خرائط EDS وICP-OES بدلا من XRD فقط.

تم استخدام XPS لتحديد تركيب العناصر السطحية. تم تسجيل أطياف المسح من 0 إلكترون فولت إلى 1200 إلكترون فولت، وجمعت أطياف عالية الدقة لأحياء C1، O 1، N1، وAg 3d. تم معايرة طاقات الربط إلى C 1s عند 284.8 إلكترون فولت. تم إجراء تركيب القمة باستخدام الإصدار 2.3.25 من CasaXPS. تم استخدام تركيب الزراعة ثلاثي الأبعاد كدليل داعم لأنواع الزراعة السطحية؛ ونظرا لعدم تضمين تحليل معلمات الأوجر، تم تفسير المساهمات النسبية للأنواع المعدنية Ag0 وأنواع الزراعة المؤكسدة بحذر.

تم إجراء TGA تحت النيتروجين من 30 درجة مئوية إلى 700 درجة مئوية عند 10 درجات مئوية/دقيقة. تم استخدام حوالي 5–8 ملغ من العينة المجففة في كل جرعة. تم تسجيل درجة حرارة التحلل البدء، ودرجة حرارة التحلل القصوى، والكتلة المتبقية عند 700 درجة مئوية.

الاختبار الميكانيكي

أجريت اختبارات الضغط باستخدام جهاز اختبار شامل مزود بخلية تحميل بقوة 100 نيوتن. تم ضغط عينات أسطوانية بقطر 20 مم وارتفاع 20 مم إلى 50٪ إجهاد بسرعة 2 مم/دقيقة. تم حساب الإجهاد الضاغطي عند 50٪ من الإجهاد ومعامل يونغ تحت 10٪ من الإجهاد.

تم إجراء الضغط الدوري لمدة خمس دورات تحميل وتفريغ عند إجهاد 50٪. تم حساب استعادة الشكل من الارتفاع المستعاد بعد كل دورة. تم اختبار ما لا يقل عن خمس عينات لكل مجموعة. تم استبعاد العينات التي تحتوي على انزلاق، تمزق الحافة قبل إجهاد 20٪، أو عيوب ظاهرة. تم استخدام الاختبار الميكانيكي لتقييم استقرار التحكم أثناء الغمر، والاستعادة، وإعادة الاستخدام18.

الفحص المضاد للبكتيريا

تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية. تم زراعة البكتيريا في مرق لوريا-بيرتاني (LB) عند درجة حرارة 37 درجة مئوية طوال الليل وتم تخفيفها إلى حوالي 1 × 106 وحدة CFU/مل. تم التحقق من التركيز بواسطة عد اللوحات.

تم تعقيم أقراص الأيروجيل بقطر 10 مم وسماكة 3 مم بواسطة الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة على كل جانب. تم تأكيد العقم من خلال حضانة الهوائيات المعالجة في مرق LB عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.

لاختبارات قتل التلامس، تم حضن أقراص الأيروجيل المعقمة في 2 مل من التعليق البكتيري عند 37 درجة مئوية لمدة 4 ساعات مع هز عند 120 دورة في الدقيقة. تم تخفيف نظام التعليق بشكل تسلسلي، وطلاء على LB Agar، وحضانه عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. تم حساب تقليل البكتيريا كما يلي:

figure-protocol-7(7)

شملت الضوابط PBS فقط، قرص ورق مرشح معقم، WNC-A، WNC/CS-A، محلول AgNO₃ بتركيز Ag يعادل الإفصاح المقاس من Ag-WNC/CS-A-3، وقرص مضاد حيوي تجاري.

في اختبارات منطقة التثبيط، وضعت أقراص الأيروجيل على صفائح أغار موزعة على 100 ميكرولتر من تعليق البكتيريا. تم حضن الألواح عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، وتم قياس أقطار مناطق التثبيط. استخدم كل اختبار ثلاث دفعات مستقلة من الأيروجيل مع ثلاث نسخ تقنية. تم استخدام كل من اختبارات قتل التلامس ومناطق التثبيط لأن الأنواع التي تلامس السطح وأنواع الزراعة المنبعثة قد تساهم بشكل مختلف في النشاط المضاد للبكتيريا19.

الاختزال التحفيزي ل4-نيتروفينول

تم تقييم النشاط التحفيزي باستخدام تقليل 4-نيتروفينول إلى 4-أمينوفينول. تم خلط محلول 4-نيتروفينول بقطر 0.10 مللي مول مع NaBH₄ الطازج المحضر للحصول على تركيز نهائي NaBH₄ يبلغ 10 ملليمولار. تم استخدام NaBH₄ خلال 30 دقيقة بعد التحضير. كان التفاعل محميا من الضوء المباشر.

تمت إضافة عينة 10.0 ملغ ± 0.5 ملغ من الأيروجيل إلى 10 مل من محلول التفاعل في درجة حرارة الغرفة. على فواصل زمنية دقيقة واحدة، تم قياس 1 ململ من اللياقت بواسطة مطيافية UV-Vis من 250 نانومتر إلى 500 نانومتر وأعيدت إلى وعاء التفاعل. تم استخدام الامتصاص عند 400 نانومتر لمراقبة التحويل.

شملت الضوابط تفاعلا بدون الهايروجيل، وWNC-A، وWNC/CS-A، والتحكم في الامتصاص الموازي بدون NaBH4 لتمييز الاختزال التحفيزي عن امتصاص 4-نيتروفينول. تم التعامل مع التحكم في الامتصاص بدون NaBH4 كمادة فارغة للإزالة الفيزيائية؛ فقط الانخفاض الإضافي في نظام يحتوي على NaBH4 تم تفسيره على أنه تحويل حفاز. تم حساب ثابت معدل الدرجة الأولى الزائف كالتالي:
figure-protocol-8

تم حساب التحويل كالتالي:

figure-protocol-9(8)

تم اختيار اختبار اختزال 4-نيتروفينول لأنه تفاعل قياسي قابل للتتبع بواسطة UV-Vis لتقييم المحفزات الزراعية المدعومة20.

إعادة الاستخدام التحفيزي

تم إعادة استخدام Ag-WNC/CS-A-3 لخمس دورات تحفيزية. بعد كل دورة، يزال الأيروجيل، ويغسل ثلاث مرات بماء منزوع الأيون، ويغمس في ماء منزوع الأيونات لمدة 10 دقائق، ويجف بالتجميد عند درجة حرارة −55 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. تم تسجيل التحويل عند 15 دقيقة وتطبيق k لكل دورة.

figure-protocol-10(9)

بعد خمس دورات، تم تحليل الهرول الهوائي المستخدم بواسطة SEM وICP-OES لتقييم احتفاظ البنية وفقدان الزراعة (Ag).

امتصاص الميثيلين الأزرق

تم استخدام الميثيلين الأزرق كنموذج للصبغة الكاتيونية. أضيف الهرول الجوي المجفف، 20.0 ملغ ± 0.5 ملغ، إلى 50 مل من محلول 50 ملغ/لتر MB عند درجة حموضة 7.0 ± 0.2. كان الخليط يهز عند 150 دورة في الدقيقة و25 ± 1 درجة مئوية.

عند 5، 10، 20، 30، 60، 90، 120، و180 دقيقة، تم جمع 1 مل من الليكوت، وتصفية عبر غشاء 0.22 ميكرومتر، وقياسها عند 664 نانومتر. تم حساب تركيز MB باستخدام منحنى معايرة من 1 إلى 50 ملغ/لتر مع R2 ≥ 0.995.

figure-protocol-11(10)

تم تركيب البيانات الحركية باستخدام نماذج من الدرجة الأولى الزائفة ونماذج من الدرجة الثانية الزائفة. أخذ اختيار النموذج في الاعتبار R2، والتوافق بين q_e المحسوبة والتجريبية، والتوزيع المتبقي. تم اختيار MB لأن الهايروجيلز النانوسلولوز يتم تقييمها عادة لإزالة الصبغة من خلال التفاعل الكهروستاتيكي، والروابط الهيدروجينية، والانتشار عبر الشبكة المسامية21.

امتصاص Pb(II)

تم اختبار امتصاص Pb(II) باستخدام محلول نترات الرصاص. تم تخفيف محلول مخزوني بسعة 1000 ملغ/لتر قبل الاستخدام. أضيف الهرول الجيلي المجفف، 20.0 ملغ ± 0.5 ملغ، إلى 50 مل من محلول 50 ملغ/لتر Pb(II) عند درجة حموضة 5.5 ± 0.2. تم هز الخليط عند 150 دورة في الدقيقة و25 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية لمدة 180 دقيقة.

تم ترشيح Aliquots عبر غشاء بحجم 0.22 ميكرومتر، وحمض بحمض نيتريك بنسبة 1٪ حجم، وتم تحليلها بواسطة ICP-OES. تم تشغيل الضوابط الفارغة بدون الأيروجيل عند نفس درجة الحموضة الأولية لعينات الامتصاص، وتم تضمين ضوابط بدون Pb(II) لفحص إشارات الخلفية.

لتحليل متساوي الحرارة، تم اختبار تركيزات Pb(II) 10، 25، 50، 75، 100، و150 ملغ/لتر لمدة 24 ساعة. تم استخدام نماذج لانغموير وفريندليش لتركيب التوازن. تم استخدام Pb(II) لتقييم ارتباط مجموعات تحتوي على الأكسجين والنيتروجين ضمن شبكة الأيروجيل22. نظرا لأن مخاطر التكوين والهطول في Pb(II) حساسة لدرجة الحموضة ووقت الاتصال، فقد تم تفسير Pb(II) بشكل أساسي من خلال بيانات النهاية وبيانات التوازن/التساوي الحراري المحكومة بدرجة حموضة؛ لذلك يتم الإبلاغ عن معلمات النموذج الحركي للنموذج فقط لل MB.

الرقم الهيدروجيني، والأيونات المتواجدة، وتأثيرات مصفوفة الماء

تم اختبار تأثير الرقم الهيدروجيني عند pH 3.0، 5.0، 7.0، و9.0 ل MB، وعند pH 3.0، 4.5، 5.5، و6.5 ل Pb(II). لم يتم اختبار امتصاص Pb(II) في ظروف قلوية لتجنب الهطول. تم تسجيل الرقم الهيدروجيني الأولي والنهائي، وتكررت عمليات الامتصاص عندما تجاوز انحراف الرقم الهيدروجيني 0.5 وحدة. تم استخدام ضوابط فارغة بنفس درجة الحموضة بدون إيروجيل لتمييز امتصاص الأيروجيل عن فقدان أو ترسيب Pb(II) المعتمد على الرقم الهيدروجيني.

تم تقييم تأثير الأيونات المتواجدة بإضافة 10 ملليمولار NaCl، أو 5 ملليمولار CaCl₂، أو 5 ملليمولار MgCl₂. كما تم اختبار حالة مختلطة تحتوي على جميع الأملاح الثلاثة. احتوى مياه الصرف الصحي المحاكاة على 10 ملليمولار NaCl، و2 ملليمولار CaCl₂، و2 ملليمولار MgCl₂، و5 ملغ/لتر حمض الهيوميك الهومي. تم تعديل الرقم الهيدروجيني إلى 7.0 ± 0.2 ل MB و5.5 ± 0.2 ل Pb(II). تم تضمين هذه الاختبارات لتقييم أداء الامتصاص تحت مصفوفات مائية أكثر تعقيدا23.

تجديد الامتزاز

تم إعادة توليد Ag-WNC/CS-A-3 لخمس دورات امتصاص. بالنسبة ل MB، تم غمر الأيروجيلز المحملة في محلول إيثانول/ماء بسعة 30 مل عند 50:50 فولت/فولت لمدة ساعتين. بالنسبة ل Pb(II)، تم غمر الأيروجيل المحمل في 30 مل من 0.05 M HCl لمدة ساعة واحدة وغسلها إلى درجة حموضة 6.5–7.0. بعد كل خطوة تجديد، كانت العينات تجف بالتجميد عند -55 درجة مئوية لمدة 12 ساعة.

figure-protocol-12(11)

تم تسجيل كتلة الأيروجيل الجافة قبل وبعد كل دورة. تم تصنيف العينات التي تحتوي على انهيار مرئي أو تجزئة أو فقدان كتلة جافة يزيد عن 15٪ على أنها فاشلة هيكليا.

الإصدار الزراعي

تم اختبار إطلاق الزراعة عن طريق غمر 20.0 ± 0.5 ملغ من الهرول الهوائي المحمل بالزيت في 50 مل من الماء منزوع الأيون، ومحلول NaCl بنسبة 0.9٪ وزن، أو محلول أسيتات pH 5.5 عند 25 ± 1 درجة مئوية. عند 24 ساعة و72 ساعة، تم جمع 2 مل من الليكوت، وتحمض بحمض نيتريك بنسبة 1 فول، وتحليلها بواسطة ICP-OES. تم استبدال حجم العينات بحجم الوسائط الطازجة.

تم الإبلاغ عن إطلاق الزراعة كميكروغرام/لتر وكنسبة مئوية من إجمالي الزراعة المحملة:

figure-protocol-13(12)

استخدم هذا الاختبار لتقييم ما إذا كان زيادة تحميل الزراعة تسبب في تسريب غير ضروري للحشية مع الحفاظ على الأداء المضاد للبكتيريا والتحفيز24.

البرمجيات ومعالجة البيانات

تم تحليل صور SEM وTEM باستخدام الإصدار 1.54 من ImageJ. تمت معالجة أطياف FTIR، وأنماط XRD، ومنحنيات الحركة UV–Vis، وحركيات الامتصاص، ومخططات متساوي الحرارة باستخدام OriginPro 2024. تم تركيب أطياف XPS باستخدام نسخة CasaXPS 2.3.25. تم إجراء التحليل الإحصائي وإعداد الرسوم البيانية باستخدام GraphPad Prism 10.

بالنسبة لتركيب الامتصاص، لم يتم اختيار النماذج بواسطة R2 فقط. كما تم النظر في الاتفاق بين قدرة الامتصاص التجريبية والمحسوبة، والتوزيع المتبقي، والمعقولية الفيزيائية للمعلمات25.

مراقبة الجودة والتحليل الإحصائي

أجريت جميع التجارب باستخدام الأيروجيلز من ثلاث دفعات تصنيع مستقلة على الأقل. استخدمت الاختبارات الفيزيائية والميكانيكية خمسة عينات لكل مجموعة. استخدمت اختبارات مضادة للبكتيريا، والتحفيز، والامتصاص، والتجدد، وإطلاق الزراعة ثلاث دفعات مستقلة مع ثلاثيات تقنية عند الاقتضاء.

كانت دفعات الأيروجيل تقبل فقط عندما يكون تغير الكثافة الجافة داخل نفس المجموعة أقل من 15٪. تم قبول الألواح المضادة للبكتيريا عندما كانت أعداد المستعمرات ضمن 30–300 وحدة قدم مكعبة. تم تكرار الاختبارات الحفازة عندما كان الامتصاص الأولي عند 400 نانومتر يتغير بأكثر من 10٪ عن متوسط الدفعة. تم تكرار اختبارات الامتصاص عندما تجاوز انحراف الرقم الهيدروجيني 0.5 وحدة. تطلبت منحنيات معايرة ICP-OES وUV–Vis R2 ≥ 0.995.

تعرض البيانات كمتوسط ± انحراف معياري. تم تقييم الطبيعية باستخدام اختبار شابيرو-ويلك. تم تحليل البيانات الموزعة عادة بواسطة تحليل ANOVA أحادي الاتجاه تليها اختبار ما بعد التحليل من Tukey. تم تحليل البيانات غير الطبيعية من خلال اختبار كروسكال-واليس تلاه اختبار المقارنة المتعددة لدن. تم اعتبار قيمة p أقل من 0.05 ذات دلالة إحصائية. لم يتم إزالة أي استثناء إلا إذا كان هناك سبب تقني موثق.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

استعادة اللب الغني بالسيلولوز وتحضير النانوسيلولوز المستخرج من النفايات

حولت عملية المعالجة المسبقة كيس قصب السكر إلى لب غني بالسيلولوز. بعد المعالجة القلوية وتبييض بيروكسيد الهيدروجين، تغيرت الكتلة الحيوية من مسحوق ليفي بني إلى لب شاحب غني بالسيلولوز، مما يشير إلى إزالة تدريجية للأجزاء الغنية باللينين والنصف السليلوزية. ارتفع محتوى السليلوز من 42.6٪ ± 1.8٪ في الباغاس الخام إلى 78.6٪ ± 2.4٪ في اللب المبيض، بينما انخفض اللجنين من 21.8٪ ± 1.5٪ إ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تظهر هذه الدراسة أن النانوسيلولوز المستخرج من النفايات يمكن أن يكون منصة بنيوية قابلة للحياة لبناء هيليات هوائية متعددة الوظائف ذات وظائف مضادة للبكتيريا والمحفزة والامتصاص. تكمن قيمة هذا التصميم ليس فقط في تحويل باغاس قصب السكر إلى مادة مسامية، بل أيضا في استخدام شبكة النانوسيلولوز كناقل لتعزيز الكيتوزان وتثبيت AgNP الأخضر. أكدت المراجعات الحديثة أن المواد القائمة على النانو سيلولوز جذابة لإزالة الملوثات المائية لأن أسطحها الغنية بالهيدروكسيل، وكثافة منخفضة، ومسامية عالية، وواجهاتها الق...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

يشكر المؤلف بكل امتنان لكلية الكيمياء والهندسة الكيميائية في جامعة ساوثهامبتون على توفير البيئة الأكاديمية، والمرافق المختبرية الأساسية، والموارد التحليلية اللازمة لإجراء هذا البحث. نشكر بشكل خاص لفريق الدعم الفني على مساعدتهم القيمة في أجهزة التوصيف متعددة الوسائط، والتي كانت حاسمة لتقييم الهوائيات المركبة هيكليا وكيميائيا. وقد أجري هذا البحث بشكل مستقل، ويهدف إلى تعزيز تثمين النفايات الزراعية المستدامة وتصميم المواد البيئية الخضراء. لم يحصل هذا البحث على تمويل خارجي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
100 µm nylon meshمورد مختبرات تجارييُستخدم لتصفية محلول الكيتسان قبل تصنيع الهلام الهوائي.
حمض الأسيتيكSigma-Aldrich 695092
قرص مضاد حيوي إيجابي للتحكمThermo Fisherhttps://www.thermofisher.com/search/browse/category/us/en/90222069اختر وفقًا لسلالة البكتيريا ومعيار الاختبار المضاد للبكتيريا المحلي.
مساحة سطح BET والنفاذيةMicromeritics ASAP 2460 ASAP 2460تصف Micromeritics جهاز ASAP 2460 بأنه محلل لمساحة السطح والنفاذية مع منافذ عالية الإنتاجية قابلة للتوسيع.
كلوريد الكالسيومSigma-Aldrich 946664أبلغ عن حالة الماء حسب المتفاعل الذي تم شراؤه.
شبكات TEM النحاسية المغلفة بالكربونTed Pella https://www.tedpella.com/grids_html/استخدم مواصفات الشبكة الفعلية في الجدول النهائي.
مرجع إصدار CasaXPSCasaXPS 2.3.25 أو الإصدار المثبت حاليًاhttps://casaxps.com/
الكيتسانSigma-Aldrich448869
قالب متعدد البروبيلين أسطوانيمورد مختبرات تجارييُستخدم لتشكيل صب الهلام الهوائي.
تحليل البيانات والتخطيطOriginPro 2024
إيشيريشيا كولايATCCATCC 25922
الإيثانولSigma-Aldrich 459844
كاشف Folin–CiocalteuSigma-Aldrich F9252
مجفف تجميدLabconco FreeZonehttps://www.labconco.com/category/freeze-dry-evaporation/freeze-dry-systems
FTIRThermo Scientific Nicolet iS50  912A0760مقاييس FTIR أو ما يعادلها
حمض الغاليكSigma-AldrichG7384استخدم كمعيار معايرة لاختبار Folin–Ciocalteu؛ يجب التحقق من مصدر المنتج مقابل سجل الشراء الفعلي للمختبر.
أوراق الشاي الأخضرمورد محليمورد محلياستخدم سجل الدفعة، والعلامة التجارية، وتاريخ التجميع/الشراء، وتوحيد الفينول الكلي بدلاً من صفحة الويب التجارية فقط.
حمض الهيدروكلوريكSigma-Aldrich 258148
بيروكسيد الهيدروجينSigma-Aldrich 386790
ICP-OESAgilent 5110 5110PerkinElmer Avio 500 / ما يعادلها
تحليل الصورةImageJ 1.54يجب الإبلاغ عن إصدار ImageJ/Fiji وفقًا للحزمة الفعلية للبرامج المثبتة في المختبر.
مرق LB وLB agarThermo Fisher10855001استخدم المورد الفعلي ورقم الكتالوج من جرد مختبر علم الأحياء الدقيقة.
نترات الرصاصSigma-AldrichNIST928
كلوريد المغنيسيومSigma-Aldrich M8266أبلغ عن حالة الماء حسب المتفاعل الذي تم شراؤه.
الأزرق الميثيلينSigma-AldrichM9140
حمض النيتريكSigma-Aldrich 438073استخدم درجة المعادن النزرة إذا كان متاحًا لسير عمل ICP-OES.
PBSThermofisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/order/catalog/product/10010023يُستخدم كتحكم في الاختبار المضاد للبكتيريا/وسط التخفيض.
كائن E. coli جاهز للاستخدام لمراقبة الجودةThermo Fisher Culti-Loopsرقم الكتالوج R4607050تنسيق بديل لـ ATCC 25922
SEMHitachi SU8010 / ZEISS Sigma / ما يعادلهاhttps://www.hitachi-hightech.com/global/en/products/microscopes/sem-tem-stem/sem/
نترات الفضةSigma-Aldrich209139
بوروهيدريد الصوديومSigma-Aldrich452882يدرج Sigma-Aldrich بوروهيدريد الصوديوم 452882 على أنه مسحوق، ≥98.0%.
كربونات الصوديومSigma-Aldrich 223530
كلوريد الصوديومSigma-Aldrich S9888
هيدروكسيد الصوديومSigma-Aldrich 221465
المكورات العنقودية الذهبيةATCCATCC 25923يحدد ATCC المكورات العنقودية الذهبية 25923 كسلالة مراقبة الجودة المستخدمة لاختبار انتشار الأقراص واختبار الوسط CLSI.
Prism 10 GraphPad الإصدار 10التحليل الإحصائي
أقراص ورق ترشيح معقمةWhatman يُستخدم في ضوابط انتشار الأقراص ومقارنة الهلام الهوائي.
بذر قصب السكرمورد محليمصدر محلي لمعالجة العصيراستخدم سجل التجميع بدلاً من صفحة ويب المورد؛ أبلغ عن الموقع، والتاريخ، وطريقة التجفيف، وظروف التخزين.
مرشحات المحقنةMillipore https://www.merckmillipore.com/US/en/products/filtration/laboratory-syringe-filters/syringe-filtersتطابق مادة الغشاء مع نظام المذيب وسجل الشراء الفعلي.
TEMJEOL JEM-2100JEM-2100
TGATA Instruments Q500Q500
آلة اختبار عالميةInstron 5943 5943
UV–Vis التحليل الطيفيShimadzu UV-2600i Plus
معالجة بيانات XPSCasaXPShttps://casaxps.com/
XRDBruker D8 Advance https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/diffractometers-and-x-ray-microscopes/x-ray-diffractometers.htmlRigaku SmartLab / ما يعادلها

المراجع

  1. Hiranobe CT, Gomes AS, Friol F, Cabrera FC. Sugarcane bagasse: Challenges and opportunities for waste recycling. Clean Technol. 2024;6(2):662-699.
  2. Abdelhamid HN. Nanocellulose-based materials for water pollutant removal. Int J Mol Sci. 2024;25(15):8529.
  3. Zhao J, et al. Preparation of nanocellulose-based aerogel and its research progress in wastewater treatment. Molecules. 2023;28(8):3541.
  4. Boccia AC, Pulvirenti A, Garcia-Gonzalez CA, Grisi F, Neagu M. Bio-based aerogels for the removal of heavy metal ions and oils from water: Novel solutions for environmental remediation. Gels. 2024;10(1):32.
  5. Mohammed KSA, Atlabachew M, Abdu B, Desalew AA. A nanocellulose from sugarcane bagasse as a template for controlled synthesis and antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles. Sci Rep. 2024;14:29462.
  6. Ho TG, Truong DP, Nguyen HB. Green synthesized nano-silver/cellulose aerogel as a robust, active, and recyclable catalyst toward nitrophenol hydrogenation. Chem Eng J. 2023;471:144604.
  7. Widatalla HA, Yassin LF, Alrasheid AA. Green synthesis of silver nanoparticles using green tea leaf extract: Characterization, antimicrobial activity, and catalytic application. Molecules. 2022;27(16):5156.
  8. Rukaramato R, Babatunde DD, Madanhire T, Mketo N, Magwa N. Nanocellulose-based materials for the removal of metal ions, pharmaceuticals, pesticides, dyes, and other pollutants from aqueous environments: A review. J Ind Eng Chem. 2025;150:265-299.
  9. Yu K, Yang L, Zhang S, Zhang N. Nanocellulose-based aerogels for the adsorption and removal of heavy-metal ion pollutants from wastewater. Mater Today Commun. 2025;43:111744.
  10. Zeng J, Wang Y, Chen L. Enhancing mechanical and antimicrobial properties of cellulose-based silver nanoparticle composite aerogels. Molecules. 2024;29(9):2065.
  11. Stark FW, et al. Cellulose-based aerogels for environmentally sustainable applications: A review of the production, modification, and sorption of environmental contaminants. Polymers. 2025;17(2):236.
  12. Yang X, Miao W, Sun X, Pan YT. Recent advances in sustainable biomass-based aerogels: A review. RSC Sustain. 2025;3:4298.
  13. Lunardi VBS, et al. Synthesis of cellulose hydrogel by utilizing agricultural waste as a green adsorbent for metal removal. Ind Crops Prod. 2024;209:117990.
  14. Nguyen VT, et al. Nanocellulose and graphene oxide aerogels for adsorption and removal of methylene blue from an aqueous environment. ACS Omega. 2022;7(1):1003-1013.
  15. El Allaoui B, et al. Silver nanoparticle-decorated cellulose beads: Eco-friendly catalysts for efficient 4-nitrophenol reduction and antibacterial performance. Int J Biol Macromol. 2024;274:133078.
  16. Xiao WD, Xiao LP, Xiao WZ. The new identity of cellulose pulp: A green silver nanoparticles support for highly efficient catalytic hydrogenation of 4-nitrophenol. J Clean Prod. 2022;355:131833.
  17. Nagendran V, et al. Challenges and advances in nanocellulose-based adsorbents for dye-contaminated wastewater treatment. Discov Appl Sci. 2024;6:824.
  18. Croitoru AM, et al. Nanostructured aerogels for water decontamination: Advances, challenges, and future perspectives. Nanomaterials. 2025;15(12):901.
  19. Ho TG, Nguyen HM, Nguyen TT. Biopolymer-reinforced cellulose aerogels supporting green-synthesized silver nanoparticles for robust antibacterial and catalytic applications. Int J Biol Macromol. 2025;334:149055.
  20. Shiri M, Hosseinzadeh M, Shiri S, Javanshir S. Adsorbent based on MOF-5/cellulose aerogel composite for adsorption of organic dyes from wastewater. Sci Rep. 2024;14:15134.
  21. Mi Z, et al. Constructing carboxylated cellulose nanofibers/chitosan composite aerogels for dye and heavy-metal adsorption. Int J Biol Macromol. 2025;315:144602.
  22. Yang Y, Li X, Wan C. A comprehensive review of cellulose nanomaterials for adsorption of wastewater pollutants: Focus on dye and heavy metal Cr adsorption and oil/water separation. Collagen Leather. 2024;6:35.
  23. Song L, et al. MIL125@cellulose composite aerogel for methylene blue removal from aqueous solution. Int J Biol Macromol. 2025;333:148964.
  24. Bernardo MP, et al. Fabrication of antimicrobial cellulose and silver niobate aerogels for improved bioactivity and antimicrobial performance. ACS Omega. 2025;10(15):15493-15502.
  25. Matsueda Y, Antunes E. A review of current technologies for the sustainable valorisation of sugarcane bagasse. J Environ Chem Eng. 2024;12(6):112104.
  26. Mubarak AA, Ilyas RA, Nordin AH, Ngadi N, Alkbir MFM. Recent developments in sugarcane bagasse fibre-based adsorbent and their potential industrial applications: A review. Int J Biol Macromol. 2024;277:134165.
  27. Nordin AH, et al. Recent advances in nanocellulose-based adsorbent for pharmaceutical wastewater treatment. Int J Biol Macromol. 2024;280(2):135799
  28. Chen J, et al. Cellulose-based aerogels for efficient dye sorption and oil-water separation. Int J Biol Macromol. 2025;310(4):143612.
  29. Nguyen PA, et al. Biogenic nanosilver-loaded cellulose-alginate aerogel for catalytic p-nitrophenol reduction and antibacterial applications. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp. 2026;139076(731).
  30. Kabiri B, Heidari H. Synthesis and catalytic activity of silver-reduced graphene oxide nanocomposites for 4-nitrophenol reduction. Sci Rep. 2025;15:14539.
  31. Khan SA, et al. Nanocellulose-based titanium dioxide nanocomposites for removing pollutants from wastewater. Front Environ Sci. 2025;13.
  32. Zhao T, et al. Cellulose-based aerogels in water pollution treatment: Preparation, applications and mechanism. Adv Bionics. 2025;1(2–3):124-151.
  33. Palanisamy K, et al. Recent progress in cellulose-based aerogels for oil-water separation. Polymers. 2025;17(20):2723.
  34. Takeshita S, Mine S, Ono T. Data-driven review on aerogels and polymeric aerogels: Chemistry, properties, and applications. Angew Chem Int Ed. 2025;64(28),e202504250.
  35. Teferi DA, et al. Biorefinery and valorization strategies for sugarcane bagasse. Molecules. 2025: Integrating Food, Health, Economic, and Industrial Applications. Food Sci Nutr. 2025;13(12),e71262.
  36. Dabhi M, et al. A comprehensive review on sustainable production of nano crystalline cellulose from sugarcane bagasse and its applications. Chem Eng Commun. 2025;212(9):1-15.
  37. Yasemin O, Soner CM. Preparation strategies and multifunctional applications of cellulose-based aerogels in energy and environmental fields. 17th International Conference on Nanomaterials - Research & Application, OREA Congress Hotel, Brno, Czech Republic, EU.2026; https://doi.org/10.37904/nanocon.2025.5179.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

الكيمياءالعدد 233العدد 233قيمة فارغةعددتفل قصب السكرإيروجيلجسيمات الفضة النانويةالنشاط المضاد للبكتيريااختزال 4-نيتروفينولالامتصاص
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.