تبدیل پسماند صنایع کاغذسازی به نانومواد سودمند برای کشاورزی

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، پژوهشگران با بهره‌گیری از اسید استیک، موفق به توسعه روشی سبز و ارزان برای جداسازی لیگنین کرافت ـ یکی از پسماند‌های فراوان صنایع کاغذسازی برزیل ـ شدند. این نوآوری نه‌تنها به افزایش ارزش افزوده این ضایعات کمک می‌کند، بلکه بستری برای تولید 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 استفاده از اسید استیک ـ ماده‌ای طبیعی و قابل بازیافت که ترکیب اصلی سرکه به‌شمار می‌آید ـ برای جداسازی بخش‌های خاصی از لیگنین کرافت شدند. این ترکیب، یکی از پسماند‌های عمده صنایع خمیر کاغذ و سلولز در برزیل است که سالانه به میزان فراوانی تولید می‌شود.

لیگنین، مولکولی پیچیده و ناهمگن با ساختار‌های متنوع است که از آن در صنایع مختلف می‌توان بهره‌برداری کرد، اما به‌دلیل پیچیدگی ترکیب، استفاده 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 بخش‌بندی این ترکیب را طراحی کردند.

به‌گفته 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، فراوان‌ترین نوع پسماند صنعتی در صنعت کاغذسازی برزیل به‌شمار می‌رود. ساختار فنولی این نوع لیگنین آن را به گزینه‌ای مناسب برای تولید مواد پیشرفته، به‌ویژه 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 بخش‌های مؤثر لیگنین کرافت استفاده کردند. این روش برخلاف سایر شیوه‌ها که نیازمند چندین حلال یا مراحل پیچیده‌اند، تنها با تغییر 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 بخش‌های لیگنین، نانوذراتی تولید کند که قابلیت تشکیل کپسول پیرامون مواد فعال را دارند. این نانوکپسول‌ها می‌توانند به‌عنوان عامل محافظ UV در محصولات مختلف به‌کار روند. همچنین مشخص شد که هرچه درصد OH آلیفاتیک بیشتر باشد، اندازه نانوذرات کوچک‌تر خواهد 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 بررسی کرده‌اند. آزمایش‌های صورت‌گرفته نشان داده‌اند که این نانوذرات در برابر تجزیه محیطی مقاوم هستند و بسته به ساختار شیمیایی، رفتار آزادسازی متفاوتی دارند؛ مفهومی که آنها آن را “ارتباط ساختار و عملکرد” می‌نامند.

با توجه 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 وارد کند. این ثبت اختراع با عنوان «فرآیند سبز برای به‌دست‌آوردن بخش‌های 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 در حال حاضر در تلاش است تا با آزمایش زیست‌تخریب‌پذیری این نانوذرات در خاک و آب، امکان جایگزینی آنها با میکروپلاستیک‌های رایج در کشاورزی را بررسی کند. آنها همچنین قصد دارند استاندارد‌ها و پروتکل‌های خاصی برای سنجش زیست‌تجزیه‌پذیری نانوذرات تدوین کنند، چرا که اثبات زیست‌تخریب‌پذیری در مقیاس نانو چالش‌برانگیز است.