Наноцеллюлоза — в пять раз прочнее стали
Такой распространённый сельскохозяйственный отход, как навоз домашних животных, вполне может превратить в дешёвый и экологически безвредный источник целлюлозного сырья для широкой индустрии. Инновационная технология переработки органических отходов в целлюлозу была представлена на недавнем симпозиуме Американского химического общества австрийскими исследователями.
Идея проекта родилась благодаря наблюдениям профессора Венского Университета Александра Бисмарка, который однажды во время отпуска в маленькой деревушке на Крите понаблюдал за тем, как козы поедали траву. «Я понял, что в итоге получается частично переваренное растительное вещество, в составе которого должна быть целлюлоза», — вспоминает ученый.
В организме животных биомасса с содержанием целлюлозы подвергается воздействию ферментов и кислоты в желудке. Конечные отходы – навоз — до 40% состоит из целлюлозы, которую очень легко выделить при небольших энергетических затратах. Причем добытые из переваренного материала целлюлозные нановолокна схожи с традиционными аналогами, производимыми из древесной массы.
На практике Бисмарк и его команда испробовали продукты жизнедеятельности и других животных – например, конский, коровий и даже слоновый.
Вначале навоз обрабатывают щелочным раствором гидроксида натрия. Этот процесс частично удаляет из состава лигнин – сложное полимерное соединение, которому также найдено практическое применение в качества удобрения и топлива. Материал отбеливают гипохлоритом натрия для полного удаления лигнина и получения белой мягкой целлюлозной массы, из которой потом экстрагируют нановолокна.
В традиционной практике для того, чтобы обратить древесину в целлюлозные микрофибрилы, требуется ряд сложных технологических шагов. Буренки справляются с этой частью производственного цикла быстрее — исходный материал (растения) пережевываются, то есть механически подготавливаются к дальнейшей химической обработке в желудке, где происходит атака нужной кислотой и энзимами. Получается та же самая наноцеллюза, что и из древесины, только дешевле, с меньшими затратами химикатов и энергии.
Где можно применить целлюлозное нановолокно, произведенное из навоза? Стоит отметить, что как утверждают японцы – лидеры в области базовых исследований наноцеллюлозы, этот материал более чем в пять раз прочнее стали.
Венские ученые, чьими разработками уже заинтересовались промышленники, предлагают использовать полученный ими продукт в производстве композиционных полимерных материалов и водоочистных фильтров.
Однако работа над инновационным целлюлозным решением продолжается. Исследователи также изучают возможность усложнения процесса. На первом этапе предлагается вырабатывать из навоза биогаз, а на втором – из остаточных материалов извлекать целлюлозные волокна.
