מחקר זה מציג אירוג'לים ננו-צלולוזים/צ'יטוזנים ניתנים לשחזור המשולבים בננו-חלקיקי כסף ירוקים שמקורם בבגאס קנה סוכר. המורכב האופטימלי מציג רב-תפקודיות מאוזנת, מספק פעילות אנטיבקטריאלית חזקה, הפחתת 4-ניטרופנול קטליטית יעילה, ושיפור בספיחה של צבע ומתכות כבדות עם שחרור כסף מבוקר מאוד.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
הכנה ירוקה של ננו-תאית/כיטוזן/איירג'לים חקלאית שמקורם בפסולת לטיפול במים רב-תכליתיים
במאמר זה
סיכום
תקציר
אירוג'לים ננו-צלולוזה שמקורם בפסולת מציעים דרך בת קיימא להמרת שאריות ליגנוסלולוזה לחומרים נקבוביים פונקציונליים, אך איזון בין פעילות אנטיבקטריאלית, ביצועים קטליטיים, יכולת ספיחה ושליטה בשחרור החקלאות נותר מאתגר. במחקר זה, באגאס קנה הסוכר שימש כמקור ביומסה להכנת ננוצלולוז שמקורו בפסולת באמצעות טיפול בסיסי, הלבנת מי חמצן, הומוגניזציה בלחץ גבוה וסוניקה. הננוצלולוז שולב עם צ'יטוזן ליצירת אירוג'לים נקבוביים על ידי הקפאה ויבוש בהקפאה, ולאחר מכן טעינה ירוקה במקום של ננו-חלקיקי חקלאות באמצעות תמצית תה ירוק סטנדרטית כמדיום הפזור. האיירוג'ל האופטימלי Ag-WNC/CS-A-3 שמר על נקבוביות גבוהה, יציבות מכנית משופרת ושטח פנים BET של 66.4 ± 5.2 מ"ר/גרם. הוא הראה פעילות אנטיבקטריאלית חזקה נגד Escherichia coli ו-Staphylococcus aureus, הפחתה יעילה של 4-ניטרופנול עם קצב קבוע נראה של 0.184 ± 0.017 דקות, והגברת הספיחה לכיוון מתילן כחול ו-Pb(II), עם קיבולות שיווי משקל של 118.7 ± 7.1 מ"ג/גרם ו-72.4 ± 6.3 מ"ג/גרם, בהתאמה. למרות שהעומס החקלאי הגבוה שיפר מעט את הביצועים האנטיבקטריאליים והקטליטיים, הוא הפחית את איזון הספיגה והגביר את שחרור החקלאות. בסך הכל, Ag-WNC/CS-A-3 סיפקו את השילוב המאוזן ביותר של שלמות מבנית, פעילות רב-תכליתית, יציבות שימוש חוזר ושליטה בשחרור חקלאית. עבודה זו תומכת באסטרטגיית עיצוב בת-קיימא לאירוג'לים ביולוגיים ניתנים לשחזור ביישומים אנטיבקטריאליים, קטליטיים וטיפול במים.
מבוא
המרת פסולת חקלאית לחומרים פונקציונליים הפכה לכיוון חשוב במדעי החומרים בני קיימא. באגאס קנה סוכר אטרקטיבי במיוחד כי הוא מיוצר בכמויות גדולות במהלך עיבוד סוכר ומיץ ומכיל אחוז גבוה של תאית שניתן לשחזר ליישומים בעלי ערך מוסף. מחקרים אחרונים הדגישו כי באגאס קנה סוכר הוא מקור ביומסה זול ורלוונטי לסביבה, אם כי הפקת תאית יעילה, פונקציונליזציה וייצור ננו-מבנים ניתנים להרחבה נותרו אתגרים טכניים מרכזיים1. דבר זה הופך ננוצלולוז שמקורו בבגאס לפלטפורמה מתאימה לפיתוח חומרים נקבוביים המשלבים הערכת פסולת עם פונקציונליות סביבתית.
ננוצלולוז זוכה לתשומת לב גוברת בטיפול במים וביישומים סביבתיים בשל מקורו המתחדש, מבנה פיברילרי בקנה מידה ננומטר, שפע קבוצות הידרוקסיל ויכולת שינוי פני שטח גבוהה. סקירה עדכנית סיכמה כי חומרים מבוססי ננו-צלולוז יכולים להיות מעובדים לאברקות, סרטים, ממברנות, הידרוגלים, אירוג'לים וחפצים תלת-ממדיים להסרת צבעים, מתכות כבדות, תרופות, חומרי הדברה, תאים מיקרוביאליים ומזהמים נוספים מהמים2. מבין הפורמטים הללו, אירוג'לים מבטיחים במיוחד משום שהם משלבים צפיפות נמוכה, נקבוביות גבוהה, שטח פנים נגיש גדול והתאוששות קלה לאחר השימוש.
ייצור ננוצלולוז אירוג'ל בדרך כלל כולל הכנת ננוצלולוז, יצירת ג'ל, חילופי ממס או הקפאה ישירה, וייבוש. שלבים אלו מאפשרים לסיבי ננו-צלולוזה להתאסף לרשת נקבובית תלת-ממדית3. אירוג'לים כאלה נחקרו רבות לצורך ספיגת צבעים, יוני מתכות כבדות, אנטיביוטיקה, ממסים אורגניים ותערובות שמן-מים, משום שמבני הנקבוביות הפתוחים שלהם מסייעים בהעברת מסה, בעוד שקבוצות הפונקציונליות השטחיות שלהם מספקות אתרי אינטראקציה למזהמים. עם זאת, אירוג'לים הננו-תאית בלבד סובלים לעיתים קרובות מיציבות רטובה חלשה, חוזק מכני מוגבל ורב-תפקודיות לא מספקת, מה שמגביל את השימוש המעשי שלהם.
כדי להתגבר על מגבלות אלו, אירוג'לים מרוכבים המבוססים על תאית וצ'יטוזן משכו תשומת לב. צ'יטוזן מכיל קבוצות אמינו והידרוקסיל שיכולות לקיים אינטראקציה עם תאית באמצעות קשרי מימן, ועשויות גם לספק אתרי קישור נוספים ליוני מתכת ומזהמים אורגניים. אירוג'לים ביולוגיים שמקורם בתאית וצ'יטוזן תוארו כחומרים מתפתחים לטיפול במים, משום שצפיפות נמוכה, שטח פנים גבוה, מבנה נקבובי וכימיה ניתנת לכיוונון יכולים לתמוך בספיגה ושימוש חוזר4. באירוג'לים ננו-צלולוזיים, כיטוזן יכול לפעול לא רק כרכיב מחזק מבני אלא גם כפולימר פונקציונלי המשפר את קשירת המזהמים והפוטנציאל האנטיבקטריאלי.
בנוסף לספיחה, מצופה יותר ויותר שאירוג'לים רב-תכליתיים יספקו פונקציות קטליטיות ואנטימיקרוביאליות. דבר זה רלוונטי במיוחד לחומרים לטיפול במים שעשויים להיתקל הן במזהמים כימיים והן בזיהום מיקרוביאתי. ננו-חלקיקי כסף נמצאים בשימוש נרחב בחומרים פונקציונליים בשל תכונותיהם האנטימיקרוביאלית והקטליטיות. כאשר משותקים על תמיכות מבוססות תאית, ניתן לשחזר את ננו-חלקיקי החקלאות בקלות רבה יותר ועלולים להראות פיזור משופר בהשוואה לננו-חלקיקים לא נתמכים. אירוג'לים ננו-כסף/תאית מסונתזים בירוק דווחו כזרזים ניתנים למחזור להידרוגנציה של ניטרופנול, מה שמעיד כי אירוג'לים של תאית יכולים לשמש כנושאים חזקים למערכות קטליטיות מבוססות חקלאות6.
אסטרטגיות סינתזה ירוקה חשובות גם משום שסינתזת ננו-חלקיקים קונבנציונלית עשויה לכלול סוכני חיזור חזקים או מייצבים שמפחיתים את היתרון הסביבתי של חומרים מבוססי ביומסה. תמציות צמחים עשירות בפוליפנולים יכולות להפחית ננו-חלקיקי Ag⁺ ל-Ag ולתרום לייצוב במהלך היווצרות חלקיקים. תמצית תה ירוק שימשה לסינתזת AgNP משום שהתרכובות הפנוליות שלה יכולות לשמש כסוכנים מפחיתים ומכסים7. עם זאת, סינתזה מבוססת תמצית גם מכניסה שונות באצווה, מה שהופך את תקנון החילוץ להכרחי כאשר השיטה מיועדת להיות ניתנת לשחזור.
למרות ההתקדמות הזו, נותרו מספר פערים. ראשית, מחקרים רבים מתמקדים בפונקציה אחת, כגון ספיגת צבע, הסרת מתכות כבדות, פעילות אנטיבקטריאלית או הפחתת 4-ניטרופנול, במקום להעריך כיצד ניתן לאזן את הפונקציות הללו במערכת אירוג'ל אחת שניתן לשחזר. שנית, עומס חקלאי גבוה יותר קשור לעיתים קרובות לפעילות אנטיבקטריאלית או קטליטית חזקה יותר, אך חקלאות מופרזת עלולה לחסום נקבוביות, להפחית את יכולת הספיחה, להגביר את השחרור ולהחליש את פרופיל הקיימות של החומר. שלישית, ביצועי הספיחה מוערכים לעיתים קרובות בתמיסות מזהמות בודדות, בעוד שיונים קיימים יחד ומטריצות מים מורכבות יותר יכולים להשפיע משמעותית על הביצועים המעשיים8. סוגיות אלו מצביעות על כך שעיצוב אירוג'ל רב-תכליתי צריך להתקדם מעבר לפעילות מקסימלית ולשקול איזון בין מבנה לתפקוד.
בהשוואה לאירוג'לים של תאית/כיטוזן/חקלאות שדווחו בעבר, המערכת הנוכחית מתאפיינת בארבע תכונות עיצוב מקושרות: פיגום התאית מוכן מפסולת קנה סוכר; שלב הייצור של AgNP משתמש בתמצית תה ירוק סטנדרטית במקום בתמצית צמחית לא מאופיינת; משווים שלוש רמות קדם-חקלאות כדי לזהות איזון ביצועים במקום נוסחה עם עומס מקסימלי; ופעילות אנטיבקטריאלית, קטליזה של 4-ניטרופנול, ספיחת צבע/מתכות כבדות, רגנרציה, סבילות למטריקס ושחרור חקלאות מוערכות יחד. עיצוב מבוסס השוואה זה מבהיר שהחידוש טמון באיזון משולב בין מבנה-תכונה-ביצועים ולא בשילוב של תאית, כיטוזן וחקלאות.
בהתאם לכך, מחקר זה פיתח איירוג'ל ננוצלולוז (WNC)/צ'יטוזן (CS)/ננו-חלקיקי כסף (AgNP) שמקורו בפסולת תוך שימוש בבאגאס קנה סוכר כמקור תאית ותמצית תה ירוק סטנדרטית לטעינה מקומית של AgNP. האירוג'לים הוערכו באמצעות אפיון רב-מודלי, כולל מיקרוסקופיית אלקטרונים מעבירה (TEM), מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת עם ספקטרוסקופיית קרני רנטגן מפוזרת אנרגיה (SEM/EDS), ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום בטרנספורמציה פורייה (FTIR), דיפרקציית קרני רנטגן (XRD), ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים של קרני רנטגן (XPS), ניתוח שטח פנים של ברונאואר-אמט-טלר (BET), ניתוח תרמוגרבימטרי (TGA) ובדיקות מכניות. הביצועים התפקודיים הוערכו באמצעות בדיקות אנטיבקטריאליות מבוססות CFU נגד Escherichia coli ו-Staphylococcus aureus, הפחתה קטליטית של 4-ניטרופנול, ספיגת מתילן כחול ו-Pb(II), בדיקות התחדשות, הפרעות יונים קיום, הערכת שפכים מדומה וניתוח שחרור חקלאי. עיצוב זה מתבסס על עבודות עדכניות שהראו את הפוטנציאל של אירוג'לים מבוססי תאית וננוצלולוז להסרת מזהמים, תוך התמודדות עם הצורך בהערכת ביצועים רב-תכליתיתושליטה בשחרור חקלאי.
ההשערה המרכזית הייתה שרמת עומס חקלאית ביניים תספק נוסחה מאוזנת יותר מאשר עומס חקלאי נמוך או מופרז. בעיצוב זה, ננו-צלולוז מספק את הפיגום הנקבובי, צ'יטוזאן מחזק את המבנה ותורם לאתרי ספיחה, ו-AgNPs יוצרים פעילות אנטיבקטריאלית וקטליטית. מחקרים עדכניים על אירוג'לים מרוכבים חקלאית מבוססי תאית הראו כי שילוב חקלאות יכול לשפר את הפונקציות האנטי-מיקרוביאליות והקטליטיות, אך המטריצה התומכת והתנהגות השחרור נותרות קריטיות לביצועים מעשיים.10. לכן, המחקר הנוכחי משווה שלוש רמות עומס חקלאות כדי לזהות את הנוסחה שמאזנת בצורה הטובה ביותר נקבוביות, יציבות מכנית, פעילות אנטיבקטריאלית, יעילות קטליטית, יכולת ספיחה, שימוש חוזר ושליטה בשחרור החקלאות.
המשמעות הרחבה של עבודה זו טמונה בשילוב הערכת פסולת ועיצוב חומרי טיפול במים רב-תכליתיים. סקירות עדכניות על אירוג'לים מבוססי תאית ואירוג'לים מבוססי ביומסה הדגישו את הפוטנציאל שלהם בספיחה, קטליזה, הפרדת שמן-מים, בידוד ויישומים ביו-רפואיים, תוך הדגשת הצורך בהכנה ירוקה יותר, יכולת הרחבה טובה יותר, יציבות התחדשות ובטיחות סביבתית11,12. על ידי קישור הכנת ננוצלולוז שמקורה בפסולת עם חיזוק צ'יטוזאן, טעינת AgNP ירוקה והערכת ביצועים רב-מודלית, מחקר זה מספק מסגרת מעשית לפיתוח אירוג'לים ביולוגיים ניתנים לשחזור ליישומים אנטיבקטריאליים, קטליטיים וספיחה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
חומרים ועיצוב ניסוי
באגאס קנה סוכר שימש כמקור הפסולת הליגנוצלולוזית להכנת ננוצלולוז. הבגאס הטרי נשטף במי ברז ומים דה-יוניים, יובש בטמפרטורה של 60°C במשך 24 שעות, נחתך לחתיכות של 1–2 ס"מ, טחן ועבר דרך מסננת של 40 רשתות. האבקה המיובשת אוחסנה בשקיות פוליאתילן אטומות עם ג'ל סיליקה בטמפרטורת החדר ושימשה תוך חודש. כל החומרים והחומרים ששימשו במחקר זה מופיעים בקובץ טבלת החומרים .
אלא אם צוין אחרת, כל הכימיקלים היו בדרגת אנליטית ושימשו כפי שהתקבלו. נתרן הידרוקסיד, מי חמצן, חומצה אצטית, כסף ניטראט, נתרן בורוהידריד, 4-ניטרופנול, מתילן כחול, עופרת ניטראט, חומצה כלורית, חומצה חנקתית, נתרן כלוריד, סידן כלוריד, מגנזיום כלוריד, אתנול, תגובת פולין-צ'יוקלטאו, נתרן פחמתי וחומצה גאלית שימשו לטיפול מוקדם, טעינת חקלאות, בדיקות קטליטיות, ספיחה, התחדשות וכיול אנליטי. ניטראט כסף (תגובת ACS, ≥99.0%), נתרן בורוהידריד (≥98.0%), תגובת פולין-צ'יוקלטאו (1.9–2.1 ניוטון) ומפרטים תקניים לחומצה גאלית מפורטים בטבלת החומרים. צ'יטוזן עם דרגת דה-אצטילציה של 85%–90% שימש כביופולימר משני. עלי תה ירוק שימשו להכנת תמצית מחזרת מימית ליצירת ננו-חלקיקי חקלאות, שכן פוליפנולים של תה יכולים לשמש כסוכנים מפחיתים ומייצבים במהלך סינתזת AgNP13. תהליך העבודה הכולל כלל חילוץ תאית, הכנת ננו-צלולוזה, ייצור אירוג'ל, טעינת AgNP, אפיון מבני ובדיקות פונקציונליות, כפי שמוצג באיור 1. קומפוזיציות הדגימה ופרמטרי ההכנה מפורטים בטבלה 1.
באגאס קנה הסוכר טופל מראש על ידי שטיפה, ייבוש, טחינה, טיפול בסיסי והלבנת מי חמצן כדי לקבל עיסת עיסה עשירה בתאית. העיסה הוסבה לננוצלולוז שמקורו בפסולת באמצעות הומוגניזציה וסוניקה בלחץ גבוה, ולאחר מכן שולבה עם כיטוזן לייצור אירוג'לים של ננו-צלולוז/כיטוזן באמצעות הקפאה וייבוש בהקפאה. ננו-חלקיקי החקלאות נטענו במקום באמצעות AgNO₃ ותמצית תה ירוק סטנדרטית כמדיום הפחתה. האירוג'לים שהתקבלו הוערכו באמצעות אפיון מבניים, כימיים, תרמיים ומכניים רב-מודליים, ואחריהם הערכות אנטיבקטריאליות, קטליטיות, ספיחה, התחדשות ושחרור חקלאי. Ag-WNC/CS-A-3 נבחר כפורמולציה רב-תכליתית אופטימלית לאירוג'ל.
הכנת עיסת עיסת תאית עשירה
אבקת בגאס מיובשת טופלה ב-4% משקל של NaOH ביחס מוצק לנוזל של 1:20 גרם למ"ל. התערובת חוממה ב-80 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות תחת ערבוב ב-500 סל"ד. הסיבים שטופלו עברו סינון ונשטפו במים דה-יוניים עד שהסינון הגיע ל-pH 7.0 ± 0.2, ואז יובשו ב-60 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות.
הסיבים שטופלו באלקליות הולבנו עם 3% משקל H₂O₂ ב-pH 11.0 ± 0.2 ו-80°C למשך 2 שעות. תהליך ההלבנה חזר פעמיים. העיסה העשירה בתאית שהושגה נשטפה ל-pH ניטרלי ואוחסן במים דה-יוניים בטמפרטורה של 4°C למשך לא יותר מ-7 ימים. תכולת תאית, המיצלולוז, ליגנין ואפר נקבעו באמצעות ניתוח הרכב גרבימטרי לאישור הסרת רכיבים לא-תאיים14.
תפוקת העיסה חושבה כך:
(1)
הכנת ננו-צלולוז שמקורו בפסולת
עיסת תאית רטובה השווה ל-5.0 גרם מסה יבשה פוזרה ב-500 מ"ל מים דה-יוניים ועברה הומוגניזציה מוקדמת ב-10,000 סל"ד למשך 10 דקות. המתלה עובדה לאחר מכן באמצעות הומוגניזציה בלחץ גבוה: שתי מעברים ב-300 בר, שלושה מעברים ב-600 בר, וחמש מעברים ב-900 בר. טמפרטורת היציאה נשמרה מתחת ל-35 מעלות צלזיוס באמצעות מערכת סיבוב מים קרחוניים.
המתלה ההומוגני עבר סוניקה ב-400 וואט למשך 10 דקות במצב פולס, עם 3 שניות דלוק ו-3 שניות כבוי. הכלי נשמר באמבט קרח במהלך הסוניקציה. המתלה הסופי דולל ל-1.0% משקל ואוחסן ב-4 מעלות צלזיוס. תליות שהראו שקיעה נראית לעין או הפרדת פאזה לאחר 24 שעות הושלכו. הכנת ננוצלולוז התקבלה רק כאשר קוטר הסיב הממוצע של TEM היה מתחת ל-50 ננומטר, והפוטנציאל האבסולוטי של זטה עלה על 25 mV.
תפוקת הננוצלולוז חושבה כך:
(2)
הכנה וסטנדרטיזציה של תמצית תה ירוק
אבקת תה ירוק, 5.0 גרם, נוספה ל-100 מ"ל מים דה-יוניים וחוממה בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. התמצית הייתה מקוררת, סיננה דרך נייר סינון Whatman No. 1, צנטריפוגה בכ-7,500 × גרם למשך 10 דקות (שווה ערך לכ-8,000 סל"ד לרדיוס רוטור של 10.5 ס"מ), סיננה דרך ממברנה של 0.45 מיקרון, ואוחרה בטמפרטורה של 4°C למשך לא יותר מ-48 שעות.
התכולה הפנולית הכוללת נמדדה באמצעות שיטת פולין-צ'יוקלטאו. בקצרה, 0.5 מ"ל של תמצית מדוללת עורבבה עם 2.5 מ"ל של תגובת פולין-צ'יוקלטאו מדוללת ו-2.0 מ"ל של 7.5 אחוז משקל נתרן קרבונט. לאחר דגירה בחושך למשך 30 דקות, נמדדה הספיגה ב-765 ננומטר. חומצה גאלית שימשה כסטנדרט. רק אצולות תמצית עם תכולת פנולית כוללת של ±10% מהממוצע באצווה שימשו להפחתת AgNP.
ייצור ננו-תאית/אירוג'לים צ'יטוזנים
צ'יטוזן הומס בחומצה אצטית של 1.0% נפח להכנת תמיסה של 1.0% משקל וערבבו במשך הלילה. התמיסה סיננה דרך רשת ניילון של 100 מיקרון לפני השימוש.
להכנת WNC/CS-A, 80 מ"ל של תליית ננו-תאית 1.0 wt% עורבבו עם 20 מ"ל תמיסת כיטוזן 1.0 wt% ב-600 סל"ד. ה-pH הותאם מצד הירידה ל-5.5 ± 0.2 תוך שימוש ב-0.1 M NaOH בקצב מתחת ל-0.5 מ"ל לדקה. התערובת הושלכה אם הופיעה פלוקולציה נראית לעין או הפרדת פאזה בתוך 30 דקות.
נפח קבוע של פיזור של 5.0 מ"ל נשפך לתבניות פוליפרופילן גליליות בקוטר פנימי של 20 מ"מ וגובה של 20 מ"מ. הדגימות הוקפאו ב-80- מעלות צלזיוס למשך 12 שעות ויובשו בהקפאה בטמפרטורה של מינוס 55 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות תחת לחץ תא מתחת ל-20 פסקל. ייבוש בהקפאה שימש לשימור רשת הננוצלולוזה הנקבובית במהלך יצירת אירוג'ל15. WNC-A הוכן באותו הליך ללא צ'יטוזן. האירוג'ל היבש התקבל רק כאשר שמר על צורתו המונוליטית והראה התכווצות בגובה מתחת ל-20%.
טעינה ירוקה במקום של ננו-חלקיקי חקלאות
מונוליתים מיובשים מסוג WNC/CS-A הוטבעו ב-30 מ"ל של תמיסת AgNO₃ בעומק 1, 3 או 5 מ"מ ל-6 שעות בחושך. האירוג'לים הועברו לאחר מכן לתוך 30 מ"ל של תמצית תה ירוק סטנדרטית והגיבו בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס במשך 4 שעות בחושך. לאחר הפחתה, הדגימות נשטפו חמש פעמים במים דה-יוניים, הוקפאו ב-80- מעלות צלזיוס למשך 6 שעות, ויובשו בהקפאה בטמפרטורה של מינוס 55 מעלות צלזיוס למשך 36 שעות. הדגימות האחרונות קודדו כ-Ag-WNC/CS-A-1, Ag-WNC/CS-A-3, ו-Ag-WNC/CS-A-5. קיבוע החקלאות באירוג'לים תאית משפר את שחזור הקטליזטורים ומפחית אובדן ננו-חלקיקים בהשוואה למערכות AgNP לא נתמכות16.
עומס החקלאות נמדד באמצעות ספקטרוסקופיית פליטה פלזמה-אופטית מקושרת אינדוקטיבית (ICP-OES). כ-20 מ"ג אירוג'ל טעון חקלאות עוכלו בחומצה חנקתית מדוללת בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס, דוללו ל-50 מ"ל, ונותחו באמצעות עקומת כיול חקלאית של 0.01–5.0 מ"ג לליטר. יעילות העומס החקלאית חושבה כך:
(3)
מדדי תהליך ירוק המשמשים לתפוקה, שימוש בתגובה, טעינת חקלאות, שחרור חקלאות והערכת שימוש חוזר מסוכמים בטבלה 2.
צפיפות, נקבוביות, קליטת מים ויציבות ממדית
צפיפות האירוג'ל חושבה ממסת יבשה ונפח גאומטריה. הדגימות יובשו בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות, קיררו במייבש ומדדו עם קליפר דיגיטלי בשלוש עמדות.
(4)
הנקבוביות הוערכה כך:
(5)
כאשר ρs נלקח כ-1.50 גרם לס"מ 3 עבור מוצקים מבוססי תאית.
ספיגת המים נמדדה על ידי הטבלת אירוג'לים יבשים במים דה-יוניים למשך 24 שעות. הדגימות נמחקו במשך 10 שניות ונשקלו מיד.
(6)
כאשר Ws ו-Wd הם משקלי האירוסולים הרטובים והיבשים. היציבות הממדית הוערכה על ידי השוואת גובה וקוטר לפני ואחרי ההטבילה. לפחות חמישה מונוליתים נבדקו בכל קבוצה.
אפיון מורפולוגי ומבנה נקבובי
מורפולוגיית הננוצלולוז נצפתה על ידי TEM. מתלה של 0.005 משקל הוטל על רשת נחושת מצופה פחמן, צובע בחומצה פוספוטונגסטית של 1% משקל למשך 60 שניות, יובש וצולם בעוצמה של 80–120 קילו-וולט. לפחות 100 סיבים משלושה מתלים עצמאיים נמדדו באמצעות גרסה 1.54 של ImageJ.
מורפולוגיית האירוג'ל נצפתה על ידי SEM. הדגימות נשברו בחנקן נוזלי, הותקנו על שברי אלומיניום, צופו בזהב במשך 60 שניות, וצולמו בעוצמה של 5–10 קילווולט. לפחות חמישה שדות נרשמו לכל דגימה. מיפוי EDS בוצע כדי לקבוע את התפלגות החקלאות, ה-C, O ו-N.
בוצע ניתוח ספיגת חנקן בטמפרטורה של 77 K. הדגימות עברו ניקוי גזים בטמפרטורה של 60 °C במשך 12 שעות לפני הניתוח. שטח הפנים של BET והתפלגות גודל הנקבוביות של ברט-ג'ונר-הלנדה (BJH) חושבו משום שנגישות הנקבוביות משפיעה ישירות על ספיחת הספיחה והביצועים הקטליטיים באירוג'לים של תאית17.
ניתוח FTIR, XRD, XPS ו-TGA
ספקטרום FTIR נאספו במצב ATR בין 4000 ס"מ-1 ל-500 ס"מ-1 ברזולוציה של 4 ס"מ-1 עם 32 סריקות לכל דגימה. הספקטרום תוקן בסיס וננורמל לרצועת C-O-C של התאית בסמוך ל-1050 ס"מ-1. FTIR שימש להערכת קבוצות פונקציונליות הקשורות לתאית וכיטוזן; היווצרות החקלאות אושרה על ידי XRD, XPS, EDS ו-ICP-OES.
XRD בוצע באמצעות קרינת Cu K-אלפא בתדרים של 40 kV ו-40 mA. הדגימות נסרקו מ-5° עד 80° במהירות של 5°/דקה. מדד הגבישיות של התאית חושב בשיטת סגל. חקלאית מתכתית גבישית הוקצתה רק כאשר שיאי דיפרקציה בסביבות 38.1°, 44.3° ו-64.4° היו ניתנים לזיהוי, והיווצרות חקלאית פורשה יחד עם XPS, מיפוי EDS ו-ICP-OES במקום רק מ-XRD.
XPS שימש לקביעת הרכב יסודות פני השטח. ספקטרום הסקר נרשם מ-0 eV עד 1200 eV, וספקטרות ברזולוציה גבוהה נאספו עבור C1s, O 1, N1s ו-Ag 3d. אנרגיות הקישור כויללו ל-C 1s ב-284.8 eV. התאמת השיא בוצעה באמצעות גרסה 2.3.25 של CasaXPS. התאמת תלת-ממד חקלאית שימשה כראיה תומכת למיני חקלאות שטחיים; מכיוון שניתוח פרמטרי אוגר לא נכללו, התרומות היחסיות של Ag0 מתכתי ומיני חקלאות מחומצנים פורשו בזהירות.
TGA בוצע תחת חנקן מ-30 מעלות צלזיוס עד 700 מעלות צלזיוס במהירות של 10 מעלות צלזיוס לדקה. כ-5–8 מ״ג דגימה מיובשת שימשו בכל ריצה. טמפרטורת ההתדרדרות ההתחלתית, טמפרטורת ההתדרדרות המקסימלית והמסה השארית ב-700 מעלות צלזיוס נרשמו.
בדיקות מכניות
בדיקות דחיסה בוצעו באמצעות מכונת בדיקה אוניברסלית המצוידת בתא עומס של 100 ניוטון. דגימות גליליות בקוטר 20 מ"מ וגובה 20 מ"מ נדחסו ל-50% מאמץ בקצב של 2 מ"מ לדקה. חושבו מאמץ דחיסה ב-50% מאמץ ומודולוס יאנג מתחת ל-10% מאמץ.
דחיסה מחזורית בוצעה במשך חמישה מחזורי טעינה-פריקה בלחץ של 50%. התאוששות הצורה חושבה מהגובה שהוחזר לאחר כל מחזור. לפחות חמישה דגימות נבדקו בכל קבוצה. דגימות עם החלקה, קרע בקצה לפני מאמץ של 20%, או ליקויים גלויים הוצאו. בדיקות מכניות שימשו להערכת יציבות הטיפול במהלך הטמעה, התאוששות ושימוש חוזר18.
בדיקה אנטיבקטריאלית
הפעילות האנטיבקטריאלית הוערכה נגד Escherichia coli ו-Staphylococcus aureus. חיידקים גודלו במרק Luria-Bertani (LB) בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס במהלך הלילה ודיוללו לכ-1 ×10 6 CFU/mL. הריכוז אומת על ידי ספירת לוחות.
דיסקי אירוג'ל בקוטר 10 מ"מ ועובי 3 מ"מ עברו סטריליזציה באמצעות הקרנת UV למשך 30 דקות בכל צד. הסטריליות אושרה על ידי דגירה של אירוגלים מטופלים במרק LB בטמפרטורה של 37°C למשך 24 שעות.
לבדיקות השמדת מגע, דיסקים סטריליים של אירוג'ל הוקמו ב-2 מ"ל של השעיית חיידקים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס במשך 4 שעות עם ניעור ב-120 סל"ד. המתלה דולל בסדרת, צופה על אגר LB, ודגרה ב-37 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. חיזור חיידקים חושב כך:
(7)
הבדיקות כללו רק PBS, דיסק פילטר סטרילי, WNC-A, WNC/CS-A, תמיסת AgNO₃ עם ריכוז Ag השווה לשחרור הנמדד של Ag-WNC/CS-A-3, ודיסק אנטיביוטי מסחרי.
לבדיקות אזור עיכוב, דיסקי אירוג'ל הונחו על לוחות אגר פרוסים ב-100 מיקרוליטר של תלייה חיידקית. הלוחות דגרו בטמפרטורה של 37°C במשך 24 שעות, ונמדדו קוטרי אזורי העיכוב. כל בדיקה השתמשה בשלוש קבוצות אירוג'ל עצמאיות עם משולשים טכניים. גם בדיקות הרג מגע וגם אזורי עיכוב שימשו משום שמגע עם פני השטח ומיני חקלאות משוחררים עשויים לתרום באופן שונה לפעילות אנטיבקטריאלית19.
הפחתה קטליטית של 4-ניטרופנול
הפעילות הקטליטית הוערכה באמצעות הפחתה של 4-ניטרופנול ל-4-אמינופנול. תמיסה של 0.10 mM 4-ניטרופנול עורבבה עם NaBH₄ טרי שהוכנה כדי להגיע לריכוז NaBH₄ סופי של 10 mM. NaBH₄ שימש תוך 30 דקות לאחר ההכנה. התגובה הייתה מוגנת מאור ישיר.
דגימת 10.0 מ"ג ± 0.5 מ"ג אירוג'ל נוספה ל-10 מ"ל תמיסת תגובה בטמפרטורת החדר. במרווחים של דקה אחת, נמדדו אליקווטים של 1 מ"ל באמצעות ספקטרוסקופיית UV-Vis מ-250 ננומטר עד 500 ננומטר וחזרו לכלי התגובה. הספיגה ב-400 ננומטר שימשה למעקב אחר המרה.
הבדיקות כללו תגובה ללא אירוג'ל, WNC-A, WNC/CS-A, ובקרת ספיחה מקבילה ללא NaBH4 להבחנה בין הפחתה קטליטית לספיחת 4-ניטרופנול. בקרת הספיגה ללא NaBH4 טופלה כבקרה להסרה פיזית; רק הירידה הנוספת במערכת המכילה NaBH4 פורשה כהמרה קטליטית. קבוע הקצב הפסאודו-מסדר ראשון חושב כך:
ההמרה חושבה כך:
(8)
בדיקת הפחתת 4-ניטרופנול נבחרה משום שמדובר בתגובה סטנדרטית הניתנת למעקב UV-Vis להערכת קטליזטורים נתמכים לחקלאות20.
שימוש חוזר קטליטי
Ag-WNC/CS-A-3 שימש מחדש לחמישה מחזורי קטליזה. לאחר כל מחזור, האירוג'ל הוסר, נשטף שלוש פעמים במים דה-יוניים, הוטבל במים דה-יוניים למשך 10 דקות, ויובש בהקפאה בטמפרטורה של −55 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות. המרה ב-15 דקות ו-k app נרשמו לכל מחזור.
(9)
לאחר חמישה מחזורים, האירוג'ל בשימוש נותח על ידי SEM ו-ICP-OES להערכת שימור מבני ואובדן חקלאות.
ספיחת מתילן כחול
מתילן כחול שימש כצבע קטיוני לדוגמה. אירוג'ל מיובש, 20.0 מ"ג ± 0.5 מ"ג, נוסף ל-50 מ"ל של תמיסת 50 מ"ג/ליטר MB ב-pH 7.0 ± 0.2. התערובת נוערה ב-150 סל"ד ו-25 ± 1 מעלות צלזיוס.
ב-5, 10, 20, 30, 60, 90, 120 ו-180 דקות, נאספו אליקווטים של 1 מ"ל, סיננו דרך ממברנה של 0.22 מיקרון, ונמדדו ב-664 ננומטר. ריכוז MB חושב באמצעות עקומת כיול מ-1 עד 50 מ"ג/ליטר עם R2 ≥ 0.995.
(10)
הנתונים הקינטיים הותאמו באמצעות מודלים פסאודו-מסדר ראשון ופסאודו-מדרגה שנייה. בחירת המודל התייחסה ל-R2, התאמה בין q_e מחושב לניסוי, והתפלגות שאריתית. MB נבחר משום שאירוג'לים ננוצלולוזיים מוערכים לעיתים קרובות להסרת צבע באמצעות אינטראקציה אלקטרוסטטית, קשרי מימן ודיפוזיה ברשת נקבובית21.
ספיחת Pb(II)
ספיחת Pb(II) נבדקה באמצעות תמיסת ניטראט עופרת. תמיסת מקור של 1000 מ"ג לליטר דוללה לפני השימוש. אירוג'ל מיובש, 20.0 מ"ג ± 0.5 מ"ג, נוסף ל-50 מ"ל של תמיסת 50 מ"ג/ליטר Pb(II) ב-pH 5.5 ± 0.2. התערובת נוערה ב-150 סל"ד ו-25 מעלות צלזיוס ± 1 מעלות צלזיוס במשך 180 דקות.
אליקווטים סיננו דרך ממברנה של 0.22 מיקרון, חומצו בחומצה חנקתית של 1% נפח, ונותחו על ידי ICP-OES. בקרות ריקות ללא אירוג'ל הופעלו באותו pH התחלתי כמו דגימות הספיחה, ובקרות ללא Pb(II) נכללו לבדיקת אותות רקע.
לניתוח איזותרמי, נבדקו ריכוזים של Pb(II) של 10, 25, 50, 75, 100 ו-150 מ"ג/ליטר למשך 24 שעות. דגמי לנגמייר ופריינדליך שימשו להתקנת שיווי משקל. Pb(II) שימש להערכת קישור על ידי קבוצות המכילות חמצן וחנקן בתוך רשת האירוג'ל22. מכיוון שסיכון היווצרות ומשקעים של Pb(II) רגישים ל-pH ולזמן מגע, Pb(II) פורש בעיקר באמצעות נתוני קצה ושיווי משקל/איזותרם מבוקרי pH; לכן מדווחים פרמטרי מודל קינטי רק עבור MB.
pH, יונים קיימים במקביל, והשפעות מטריצת מים
השפעת ה-pH נבדקה ב-pH 3.0, 5.0, 7.0 ו-9.0 עבור MB, וב-pH 3.0, 4.5, 5.5 ו-6.5 עבור Pb(II). ספיחת Pb(II) לא נבדקה בתנאים בסיסיים כדי למנוע משקעים. נרשמו רמות pH ראשוניות וסופיות, וריצות ספיחה חזרו על עצמן כאשר סטיית ה-pH עלתה על 0.5 יחידות. בקרות ריקות באותו pH ללא אירוג'ל שימשו להבחנה בין ספיחת אירוג'ל לאובדן או משקעים תלויי pH של Pb(II).
השפעת היונים הקיום במקביל הוערכה על ידי הוספת 10 mM NaCl, 5 mM CaCl₂, או 5 mM MgCl₂. נבדק גם מצב של יונים מעורבים שכלל את שלושת המלחים. מי שפכים מדומים הכילו 10 מ"מ NaCl, 2 מ"מ CaCl₂, 2 מ"מ מ"מ MgCl₂ ו-5 מ"ג/ליטר חומצה הומית. ה-pH הותאם ל-7.0 ± 0.2 עבור MB ו-5.5 ± 0.2 עבור Pb(II). בדיקות אלו נכללו כדי להעריך את ביצועי הספיגה תחת מטריצות מים מורכבות יותר23.
התחדשות ספיחה
Ag-WNC/CS-A-3 שוחזר במשך חמישה מחזורי ספיחה. ל-MB, אירוג'לים טעונים הוטבעו בתמיסת אתנול/מים בנפח 30 מ"ל ב-50:50 וולט/וולט למשך 2 שעות. עבור Pb(II), אירוג'לים טעונים הוטבעו ב-30 מ"ל של 0.05 M HCl למשך שעה אחת ונשטפו ל-pH של 6.5–7.0. לאחר כל שלב רגנרציה, דגימות יובשו בהקפאה בטמפרטורה של מינוס 55°C למשך 12 שעות.
(11)
מסה יבשה של אירוג'ל נרשמה לפני ואחרי כל מחזור. דגימות עם קריסה נראית לעין, פיצול או אובדן מסה יבשה מעל 15% סווגו ככלות מבנית.
שחרור חקלאי
שחרור החקלאות נבדק על ידי הטבילה של 20.0 ± 0.5 מ"ג של איירג'ל טעון חקלן ב-50 מ"ל מים דה-יוניים, תמיסת NaCl במשקל 0.9%, או בופר אצטט pH 5.5 בטמפרטורה של 25 ± 1 מעלות צלזיוס. ב-24 שעות ו-72 שעות נאספו 2 מ"ל אליקווטים, חומצו בחומצה חנקתית באחוז נפח אחד, ונותחו על ידי ICP-OES. הכרך שנלקח הוחלף במדיום טרי.
שחרור החקלאות דווח כמיקרוגרם/ליטר וכאחוז מסך החקלאות הטעון:
(12)
בדיקה זו שימשה להערכת האם עומס החקלאות המוגבר גרם לחליטה מיותרת של החקלאות תוך שמירה על ביצועים אנטיבקטריאליים וקטליטיים24.
תוכנה ועיבוד נתונים
תמונות SEM ו-TEM נותחו באמצעות גרסה 1.54 של ImageJ. ספקטרום FTIR, דפוסי XRD, עקומות קינטיות UV–Vis, קינטיקה של ספיחה וגרפים איזותרמיים עובדו באמצעות OriginPro 2024. ספקטרום XPS הותקן באמצעות גרסה 2.3.25 של CasaXPS. ניתוח סטטיסטי והכנת גרף בוצעו באמצעות GraphPad Prism 10.
לצורך התאמת ספיחה, הדגמים לא נבחרו על ידי R2 בלבד. הסכמה בין קיבולת הספיחה הניסויית והמחושבת, התפלגות שאריתית וסבירות פיזיקלית של הפרמטרים נחשבהגם היא 25.
בקרת איכות וניתוח סטטיסטי
כל הניסויים בוצעו באמצעות אירוג'לים משלוש קבוצות ייצור עצמאיות לפחות. בדיקות פיזיקליות ומכניות השתמשו בחמישה דגימות לכל קבוצה. בדיקות אנטיבקטריאליות, קטליטיות, ספיחה, רגנרציה ושחרור חקלאי השתמשו בשלוש קבוצות עצמאיות עם שלשות טכניות כאשר היה רלוונטי.
מנות אירוג'ל התקבלו רק כאשר שונות הצפיפות היבשה באותה קבוצה הייתה מתחת ל-15%. לוחות אנטיבקטריאליים התקבלו כאשר מספר המושבות היה בטווח של 30–300 CFU. בדיקות קטליטיות חזרו כאשר הספיגה ההתחלתית ב-400 ננומטר השתנתה ביותר מ-10% מהממוצע של האצווה. בדיקות ספיחה חזרו כאשר סטיית ה-pH עלתה על 0.5 יחידות. עקומות כיול ICP-OES ו-UV–Vis דרשו R2 ≥ 0.995.
הנתונים מוצגים כסטיית תקן ממוצעת ±. הנורמליות הוערכה באמצעות מבחן שפירו–וילק. הנתונים המפוזרים בדרך כלל נותחו באמצעות ANOVA חד-כיווני ואחריו מבחן פוסט-הוק של טוקי. נתונים לא נורמליים נותחו במבחן קרוסקאל-ווליס ואחריו מבחן ההשוואה המרובת של דאן. ערך p מתחת ל-0.05 נחשב מובהק סטטיסטית. לא הוסר חריג אלא אם כן הייתה סיבה טכנית מתועדת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
השבת עיסת תאית עשירה והכנת ננוצלולוז שמקורו בפסולת
תהליך הטיפול המוקדם הפך למעשה את שקית קנה הסוכר לעיסה עשירה בתאית. לאחר טיפול בסיסי והלבנת מי חמצן, הביומסה השתנתה מאבקה חומה סיבית לעיסה עשירה בתאית בהירה, מה שמעיד על הסרה הדרגתית של חלקים עשירים בליגנין וחצי צלולוזיים. תכולת התאית עלתה מ-42.6% ± 1.8% בבגאס גולמי ל-78.6% ± 2.4% בעיסת עץ מולבנת, בעוד שליגנין ירד מ-21.8% ± 1.5% ל-3.9% ± 0.5% (טבלה 3). לאחר פיברילציה מכנית וסונ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מחקר זה מראה שננוצלולוז שמקורו בפסולת יכול לשמש פלטפורמה מבנית לבניית אירוג'לים רב-תכליתיים עם פונקציות אנטיבקטריאליות, קטליטיות וספיחה. הערך של עיצוב זה טמון לא רק בהמרת באגאס קנה סוכר לחומר נקבובי, אלא גם בשימוש ברשת הננוצלולוז כנושא לחיזוק צ'יטוזאן ולקיבוע ירוק של AgNP. סקירות עדכניות הדגישו כי חומרים מבוססי ננו-תאית אטרקטיביים להסרת מזהמי מים משום שמשטחם העשיר בהידרוקסיל, צפיפות נמוכה, נקבוביות גבוהה וממשקיהם הניתנים לשינוי מאפשרים להם לקיים אינטראקציה עם צבעים, יוני מתכת ומזהמים אחר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
המחבר מודה בהכרת תודה לבית הספר לכימיה והנדסה כימית באוניברסיטת סאות'המפטון על מתן הסביבה האקדמית, מתקני המעבדה החיוניים והמשאבים האנליטיים הנדרשים לביצוע מחקר זה. תודה מיוחדת לצוות התמיכה הטכנית על סיועו היקר ערך במכשירי האפיון הרב-מודליים, שהיו קריטיים להערכה מבנית וכימית של האירוג'לים המורכבים. מחקר זה, שמטרתו לקדם הערכת פסולת חקלאית בת-קיימא ועיצוב חומרים סביבתיים ירוקים, נערך באופן עצמאי. מחקר זה לא קיבל מימון חיצוני.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 100 µm nylon mesh | ספק מעבדה מסחרי | משמש לסינון תמיסת צ'יטוסאן לפני ייצור האירוג'ל. | |
| חומצת אצטית | Sigma-Aldrich | 695092 | |
| דיסק אנטיביוטי חיובית בקרה | Thermo Fisher | https://www.thermofisher.com/search/browse/category/us/en/90222069 | בחר על פי זן החיידקים ותקן הבדיקה האנטיבקטריאלית המקומי. |
| שטח פנים BET ונקבוביות | Micromeritics ASAP 2460 | ASAP 2460 | Micromeritics מתארת את ה-ASAP 2460 כמנתח שטח פנים ופורזומטריה עם יציאות תפוקה גבוהה ניתנות להרחבה. |
| סידן כלורי | Sigma-Aldrich | 946664 | דווח על מצב ההידרטים על פי התגובן שנרכש. |
| סורגי TEM מצופים בפחמן | Ted Pella | https://www.tedpella.com/grids_html/ | השתמש במפרט הרשת האמיתי בטבלה הסופית. |
| התייחסות לגרסת CasaXPS | CasaXPS 2.3.25 או גרסה מותקנת נוכחית | https://casaxps.com/ | |
| צ'יטוסאן | Sigma-Aldrich | 448869 | |
| תבניות פוליפרופילן גליליות | ספק מעבדה מסחרי | משמש לעיצוב מונולית האירוג'ל. | |
| ניתוח נתונים ויצירת גרפים | OriginPro 2024 | ||
| Escherichia coli | ATCC | ATCC 25922 | |
| אתנול | Sigma-Aldrich | 459844 | |
| נוזל פולין-צ'יוקלטה | Sigma-Aldrich | F9252 | |
| מייבש קריוגני | Labconco FreeZone | https://www.labconco.com/category/freeze-dry-evaporation/freeze-dry-systems | |
| FTIR | Thermo Scientific Nicolet iS50 | 912A0760 | ספקטרומטר FTIR או מקבילה |
| חומצה גלית | Sigma-Aldrich | G7384 | השתמש כתקן כיול לתגובת פולין-צ'יוקלטה; יש לבדוק את מקור המוצר לפי רישום הרכישה האמיתי של המעבדה. |
| עלי תה ירוק | ספק מקומי | ספק מקומי | השתמש ברישום אצווה, מותג, תאריך איסוף/רכישה ותקן פנולי כולל במקום רק דף אינטרנט מסחרי. |
| חומצה הידרוכלורית | Sigma-Aldrich | 258148 | |
| מי חמצן | Sigma-Aldrich | 386790 | |
| ICP-OES | Agilent 5110 | 5110 | PerkinElmer Avio 500 / מקבילה |
| ניתוח תמונה | ImageJ 1.54 | יש לדווח על גרסת ImageJ/Fiji בהתאם לחבילת התוכנה המותקנת בפועל במעבדה. | |
| מרק LB ואגר LB | Thermo Fisher | 10855001 | השתמש בספק ובמספר קטלוג אמיתי ממלאי מעבדת המיקרוביולוגיה. |
| חנקתי עופרת | Sigma-Aldrich | NIST928 | |
| כלוריד מגנזיום | Sigma-Aldrich | M8266 | דווח על מצב ההידרטים על פי התגובן שנרכש. |
| כחול מתילן | Sigma-Aldrich | M9140 | |
| חומצה חנקתית | Sigma-Aldrich | 438073 | השתמש בדרגת טרייס-מתכת אם זמין עבור תהליכי ICP-OES. |
| PBS | Thermofisher Scientific | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/10010023 | משמש כבקרת בדיקה אנטיבקטריאלית/מדיום דילול. |
| אורגניזם QC של E. coli מוכן לשימוש | Thermo Fisher Culti-Loops | מס' קט. R4607050 | פורמט חלופי עבור ATCC 25922 |
| SEM | Hitachi SU8010 / ZEISS Sigma / מקבילה | https://www.hitachi-hightech.com/global/en/products/microscopes/sem-tem-stem/sem/ | |
| נתרן חנקתי | Sigma-Aldrich | 209139 | |
| נתרן בורוהידריד | Sigma-Aldrich | 452882 | Sigma-Aldrich מציין את הנתרן בורוהידריד 452882 כאבקה, ≥98.0%. |
| נתרן קרבונט | Sigma-Aldrich | 223530 | |
| נתרן כלורי | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| נתרן הידרוקסידי | Sigma-Aldrich | 221465 | |
| Staphylococcus aureus | ATCC | ATCC 25923 | ATCC מזהה את S. aureus 25923 כזן בקרת איכות המשמש לבדיקת דיפוזיה על דיסקית של CLSI ודיפוזיה על מדיה. |
| Prism 10 | GraphPad | גרסה 10 | ניתוח סטטיסטי |
| דיסקי נייר סינון סטריליים | Whatman | משמש לבקרות דיפוזיה על דיסקית והשוואת אירוג'ל-דיסק. | |
| בגזר קנים | ספק מקומי | מקור מקומי לעיבוד מיץ | השתמש ברישום איסוף במקום דף אינטרנט |
מקורות
- Hiranobe CT, Gomes AS, Friol F, Cabrera FC. Sugarcane bagasse: Challenges and opportunities for waste recycling. Clean Technol. 2024;6(2):662-699.
- Abdelhamid HN. Nanocellulose-based materials for water pollutant removal. Int J Mol Sci. 2024;25(15):8529.
- Zhao J, et al. Preparation of nanocellulose-based aerogel and its research progress in wastewater treatment. Molecules. 2023;28(8):3541.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Zeng J, Wang Y, Chen L. Enhancing mechanical and antimicrobial properties of cellulose-based silver nanoparticle composite aerogels. Molecules. 2024;29(9):2065.
- 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.
- Yang X, Miao W, Sun X, Pan YT. Recent advances in sustainable biomass-based aerogels: A review. RSC Sustain. 2025;3:4298.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Nagendran V, et al. Challenges and advances in nanocellulose-based adsorbents for dye-contaminated wastewater treatment. Discov Appl Sci. 2024;6:824.
- Croitoru AM, et al. Nanostructured aerogels for water decontamination: Advances, challenges, and future perspectives. Nanomaterials. 2025;15(12):901.
- 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.
- 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.
- Mi Z, et al. Constructing carboxylated cellulose nanofibers/chitosan composite aerogels for dye and heavy-metal adsorption. Int J Biol Macromol. 2025;315:144602.
- 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.
- Song L, et al. MIL125@cellulose composite aerogel for methylene blue removal from aqueous solution. Int J Biol Macromol. 2025;333:148964.
- 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.
- Matsueda Y, Antunes E. A review of current technologies for the sustainable valorisation of sugarcane bagasse. J Environ Chem Eng. 2024;12(6):112104.
- 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.
- Nordin AH, et al. Recent advances in nanocellulose-based adsorbent for pharmaceutical wastewater treatment. Int J Biol Macromol. 2024;280(2):135799
- Chen J, et al. Cellulose-based aerogels for efficient dye sorption and oil-water separation. Int J Biol Macromol. 2025;310(4):143612.
- 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).
- Kabiri B, Heidari H. Synthesis and catalytic activity of silver-reduced graphene oxide nanocomposites for 4-nitrophenol reduction. Sci Rep. 2025;15:14539.
- Khan SA, et al. Nanocellulose-based titanium dioxide nanocomposites for removing pollutants from wastewater. Front Environ Sci. 2025;13.
- Zhao T, et al. Cellulose-based aerogels in water pollution treatment: Preparation, applications and mechanism. Adv Bionics. 2025;1(2–3):124-151.
- Palanisamy K, et al. Recent progress in cellulose-based aerogels for oil-water separation. Polymers. 2025;17(20):2723.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.