Нановолокна из целлюлозы из кофейной гущи можно использовать для производства биопластиков

Нановолокна из целлюлозы из кофейной гущи можно использовать для производства биопластиков

Целлюлозные нановолокна, полученные из отработанного молотого кофе, были тщательно проанализированы учеными из Йокогамского национального университета (YNU), которые определили их как новый жизнеспособный источник сырья.

Целлюлозные нановолокна шириной до 25 нм были получены из отработанного кофейного зерна путем опосредованного TEMPO окисления. Изображение предоставлено: Йокогамский национальный университет.

Международная организация кофе сообщает, что по всему миру производится более шести миллионов тонн кофейной гущи. В 2012 году в журнале «Сельское хозяйство и пищевая химия» сообщалось, что более половины использованного кофейного зерна отправляется на свалки. Нановолокна из целлюлозы образуют строительные блоки из пластиковых смол, которые могут превращаться в биоразлагаемые пластиковые изделия.

Под руководством Изуру Кавамуры, доцента Высшей школы инженерных наук, исследователи YNU стремились опираться на более ранние исследования по получению целлюлозных нановолокон из кофейной гущи. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cellulose 1 апреля st 2020 г.

Нашей конечной целью является создание устойчивой системы рециркуляции с нашими целлюлозными нановолокнами в кофейной промышленности. Теперь все большему количеству ресторанов и кафе запрещено использовать одноразовые соломинки. Вслед за этим движением мы стремимся сделать прозрачную кофейную чашку и трубочку для утилизации с добавкой, состоящей из целлюлозных нановолокон, из отработанного кофейного зерна .

Изуру Кавамура, доцент Высшей школы инженерных наук, Йокогамский национальный университет

Во всем мире наблюдается рост спроса на целлюлозные нановолокна, поскольку отрасли промышленности признают их как более экологически чистое и устойчивое средство для производства пластмасс.

Целлюлозные нановолокна до сих пор производились в основном из древесных материалов, таких как целлюлоза. Нановолокна целлюлозы могут потенциально поставляться со всех растений от природы. Мы хотели бы подчеркнуть, что использованная кофейная гуща является перспективным сырьем .

Изуру Кавамура, доцент Высшей школы инженерных наук, Йокогамский национальный университет

Целлюлоза является ключом к получению целлюлозных нановолокон из отработанного кофейного зерна, как материала, который включает клеточные стенки бобов и составляет почти половину объема и веса основания.

Исследователи YNU выполнили эксперимент по отделению целлюлозных нановолокон от клеточных стенок бобов путем каталитического окисления, который включает использование катализатора для окисления клеточных стенок. Об этой технике ранее сообщал Акира Исогай из Токийского университета.

Методы визуализации, такие как электронная микроскопия, дифракция рентгеновских лучей и термогравиметрический анализ – метод, включающий наблюдение основных структурных особенностей целлюлозных нановолокон и сравнение тех, которые извлекаются из древесины, – использовались исследователями для анализа полученных целлюлозных нановолокон .

Было обнаружено, что нановолокна из целлюлозного волокна на основе кофе демонстрируют консистенцию и хорошо сочетаются с поливиниловым спиртом – строительным материалом для ряда потребительских и промышленных товаров. Их средний диаметр составил 25 нм. Для справки, диаметр одной пряди человеческого волоса составляет почти 90000 нм.

По словам Кавамуры, такая однородность и интеграция с полимерной смолой являются эталонами, которые показывают потенциал использования кофейных волокон на основе целлюлозы в качестве заменителя древесины; тем не менее, необходимы дополнительные исследования для создания коммерчески осуществимого процесса.

Кавамура надеется, что целлюлозные нановолокна в скором времени смогут сыграть решающую роль в автомобильной промышленности в качестве легкого заменителя пластика и стали для автомобильных кузовов. С ужесточением ограничений на нормы выбросов спрос на легкие автомобили неизбежно возрастет, что делает целлюлозные нановолокна очень ценным товаром.

Общий вес пластиковой смолы, изготовленной из целлюлозных нановолокон, очень легкий по сравнению со сталью. Это обеспечит эффективное сокращение выбросов CO 2 .

Изуру Кавамура, доцент Высшей школы инженерных наук, Йокогамский национальный университет

Смолы, разработанные с использованием нановолокон, также хороши для 3D-печати, что делает их экологически чистым заменителем пластмасс на основе нефти для широкого спектра потенциальных продуктов.

Этот инновационный процесс может оказаться полезным для кофейной индустрии, которая имеет меньше возможностей для монетизации отработанного кофейного зерна. В некоторых городах существуют программы утилизации отходов, которые предусматривают повторное использование отработанного кофейного зерна в качестве обогащенного питательными веществами компоста для грибных ферм и теплиц.

Другие программы предусматривают отправку отработанного кофейного зерна в биогазовые установки. Тем не менее, в целом, большая часть использованной кофейной гущи все еще попадает на свалки.

Источник: https://www.ynu.ac.jp/english/

Source link