Facile extraction and characterization of cellulose nanocrystals from agricultural waste sugarcane straw

稻草 结晶度 纤维素 硫酸 热稳定性 化学工程 水解 化学 酸水解 木质纤维素生物量 生物量(生态学) 萃取(化学) 核化学 农学 材料科学 有机化学 复合材料 生物 工程类 无机化学
作者
Shuyu Lu,Tao Ma,Xinna Hu,Jing Zhao,Xiaojun Liao,Yi Song
出处
期刊:Journal of the Science of Food and Agriculture [Wiley]
卷期号:102 (1): 312-321 被引量:30
标识
DOI:10.1002/jsfa.11360
摘要

Abstract BACKGROUND Sugarcane straw is an available but largely ignored lignocellulosic biomass to obtain cellulose nanocrystals (CNCs) with highly crystalline, tunable surface chemistries and a wide‐ranging adaptability. Herein, we utilized sugarcane straw to obtain pure cellulose via purification processes, followed by subsequent preparation of CNCs via sulfuric acid hydrolysis. The properties of the purified fibers and obtained CNCs were assessed by their composition, morphology, chemical structure, crystallinity and thermal stability. RESULTS After the purification process, alkali‐treated fibers (ATFs) contained 886.33 ± 1.25 g kg −1 cellulose, and its morphological analysis revealed a smooth and slender fibrous structure. The CNCs obtained by treatment with 64 wt% sulfuric acid at 45 °C for 60 min were isolated in a yield of 21.8%, with a diameter and length of 6 to 10 nm and 160 to 200 nm, respectively. Moreover, crystallinity index of these CNCs reached 62.66%, and thermal stability underwent a two‐step degradation. Short‐term ultrasonication after hydrolysis was employed to enhance isolation of the CNC particles and improve the anionic charge with higher value −38.00 mV. CONCLUSION Overall, isolation and characterization results indicated the potential for CNCs preparation using sugarcane straw, in addition to offering a fundamental understanding of this material and indicating potential applications. © 2021 Society of Chemical Industry.
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