Published March 30, 2024 | Version v1
Publication Open

Process design for acidic and alcohol based deep eutectic solvent pretreatment and high pressure homogenization of palm bunches for nanocellulose production

Creators

  • 1. Mahidol University
  • 2. Prince of Songkla University
  • 3. Shanghai Jiao Tong University
  • 4. Joint Graduate School of Energy and Environment
  • 5. King Mongkut's University of Technology Thonburi

Description

Abstract This research aimed to study on nanocellulose production from palm bunch using process design and cost analysis. Choline chloride based deep eutectic solvent pretreatment was selected for high-purity cellulose separation at mild condition, followed by nano-fibrillation using mechanical treatment. Three types of choline chloride-based deep eutectic solvents employing different hydrogen-bond donors (HBDs) namely lactic acid, 1,3-butanediol and oxalic acid were studied. The optimal cellulose extraction condition was choline chloride/lactic acid (ChLa80C) pretreatment of palm empty bunch at 80 °C followed by bleaching yielding 94.96%w/w cellulose content in product. Size reduction using ultrasonication and high-pressure homogenization produced nanocellulose at 67.12%w/w based on cellulose in raw material. Different morphologies of nanocellulose were tunable in the forms of nanocrystals, nano-rods and nanofibers by using dissimilar deep eutectic solvents. This work offered a sustainable and environmentally friendly process as well as provided analysis of DES pretreatment and overview operating cost for nanocellulose production. Application of nanocellulose for the fabrication of highly functional and biodegradable material for nanomedicine, electronic, optical, and micromechanical devices is achievable in the near future.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص يهدف هذا البحث إلى دراسة إنتاج النانوسليلوز من مجموعة النخيل باستخدام تصميم العملية وتحليل التكلفة. تم اختيار المعالجة المسبقة للمذيبات السائلة العميقة القائمة على كلوريد الكولين لفصل السليلوز عالي النقاء في حالة خفيفة، تليها الرجفان النانوي باستخدام المعالجة الميكانيكية. تمت دراسة ثلاثة أنواع من المذيبات اليوتكتيكية العميقة القائمة على كلوريد الكولين والتي تستخدم متبرعين مختلفين بربط الهيدروجين (HBDs) وهي حمض اللاكتيك، 1،3 - بيوتانيديول وحمض الأكساليك. كانت حالة استخراج السليلوز المثلى هي المعالجة المسبقة لكلوريد الكولين/حمض اللاكتيك (ChLa80C) لمجموعة النخيل الفارغة عند 80 درجة مئوية متبوعة بالتبييض الذي ينتج 94.96 ٪ وزن/وزن محتوى السليلوز في المنتج. أدى تقليل الحجم باستخدام الموجات فوق الصوتية والتجانس عالي الضغط إلى إنتاج النانوسليلوز بنسبة 67.12 ٪ وزن/وزن بناءً على السليلوز في المواد الخام. كانت الأشكال المختلفة للسليلوز النانوي قابلة للضبط في أشكال البلورات النانوية والقضبان النانوية والألياف النانوية باستخدام مذيبات سائلة عميقة متباينة. قدم هذا العمل عملية مستدامة وصديقة للبيئة بالإضافة إلى توفير تحليل للمعالجة المسبقة لـ DES ونظرة عامة على تكلفة التشغيل لإنتاج النانوسليلوز. يمكن تطبيق النانوسليلوز لتصنيع مواد عالية الأداء وقابلة للتحلل الحيوي للأجهزة الطبية النانوية والإلكترونية والبصرية والميكانيكية الدقيقة في المستقبل القريب.

Translated Description (French)

Résumé Cette recherche visait à étudier la production de nanocellulose à partir de grappe de palmier en utilisant la conception de processus et l'analyse des coûts. Le prétraitement par solvant eutectique profond à base de chlorure de choline a été sélectionné pour la séparation de la cellulose de haute pureté dans des conditions douces, suivie d'une nanofibrillation à l'aide d'un traitement mécanique. Trois types de solvants eutectiques profonds à base de chlorure de choline utilisant différents donneurs de liaison hydrogène (HBD) à savoir l'acide lactique, le 1,3-butanediol et l'acide oxalique ont été étudiés. La condition optimale d'extraction de la cellulose était le prétraitement au chlorure de choline/acide lactique (ChLa80C) de la grappe vide de palmier à 80 °C suivi d'un blanchiment donnant une teneur en cellulose de 94,96 % p/p dans le produit. La réduction de la taille par ultrasons et homogénéisation à haute pression a produit de la nanocellulose à 67,12 % p/p à base de cellulose dans la matière première. Différentes morphologies de nanocellulose étaient accordables sous forme de nanocristaux, de nanotubes et de nanofibres en utilisant des solvants eutectiques profonds dissemblables. Ce travail a offert un processus durable et respectueux de l'environnement ainsi qu'une analyse du prétraitement DES et une vue d'ensemble des coûts d'exploitation pour la production de nanocellulose. L'application de la nanocellulose pour la fabrication de matériaux hautement fonctionnels et biodégradables pour les dispositifs nanomédicaux, électroniques, optiques et micromécaniques est réalisable dans un proche avenir.

Translated Description (Spanish)

Resumen Esta investigación tuvo como objetivo estudiar la producción de nanocelulosa a partir de manojos de palma utilizando el diseño del proceso y el análisis de costes. Se seleccionó el pretratamiento con disolvente eutéctico profundo a base de cloruro de colina para la separación de celulosa de alta pureza en condiciones suaves, seguido de nanofibrilación usando tratamiento mecánico. Se estudiaron tres tipos de disolventes eutécticos profundos a base de cloruro de colina que emplean diferentes donantes de enlaces de hidrógeno (HBD), a saber, ácido láctico, 1,3-butanodiol y ácido oxálico. La condición óptima de extracción de celulosa fue el pretratamiento con cloruro de colina/ácido láctico (ChLa80C) del racimo vacío de palma a 80 °C seguido de blanqueo con un contenido de celulosa del 94,96%p/p en el producto. La reducción de tamaño mediante ultrasonidos y homogeneización a alta presión produjo nanocelulosa al 67,12% p/p en base a la celulosa en la materia prima. Las diferentes morfologías de la nanocelulosa se ajustaron en forma de nanocristales, nanovarillas y nanofibras mediante el uso de disolventes eutécticos profundos diferentes. Este trabajo ofreció un proceso sostenible y respetuoso con el medio ambiente, así como un análisis del pretratamiento de DES y una visión general de los costes operativos para la producción de nanocelulosa. La aplicación de nanocelulosa para la fabricación de material altamente funcional y biodegradable para dispositivos nanomédicos, electrónicos, ópticos y micromecánicos se puede lograr en un futuro próximo.

Files

s41598-024-57631-9.pdf.pdf

Files (5.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f8b5f055ad396b21c85d1b2e8de40cca
5.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصميم العملية للمعالجة المسبقة للمذيبات السائلة العميقة القائمة على الأحماض والكحول وتجانس الضغط العالي لعناقيد النخيل لإنتاج النانو سليلوز
Translated title (French)
Conception de processus pour le prétraitement par solvant eutectique profond à base d'acide et d'alcool et l'homogénéisation à haute pression de grappes de palmiers pour la production de nanocellulose
Translated title (Spanish)
Diseño del proceso para el pretratamiento con disolvente eutéctico profundo a base de ácido y alcohol y la homogeneización a alta presión de racimos de palma para la producción de nanocelulosa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393344911
DOI
10.1038/s41598-024-57631-9

Is supplement to
https://openalex.org/W4392744261 (Other)
https://openalex.org/W4392744228 (Other)
https://openalex.org/W4392744225 (Other)
https://openalex.org/W4392744220 (Other)
https://openalex.org/W4392744214 (Other)
https://openalex.org/W4392738678 (Other)
https://openalex.org/W4307773082 (Other)
https://openalex.org/W3211553949 (Other)
https://openalex.org/W3135423878 (Other)
https://openalex.org/W2296343332 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1196902685
  • https://openalex.org/W1632212979
  • https://openalex.org/W1806313454
  • https://openalex.org/W1949028873
  • https://openalex.org/W1957486426
  • https://openalex.org/W1963999697
  • https://openalex.org/W1964697188
  • https://openalex.org/W1967479815
  • https://openalex.org/W1974159597
  • https://openalex.org/W1992587280
  • https://openalex.org/W1993071445
  • https://openalex.org/W1993653645
  • https://openalex.org/W1996442036
  • https://openalex.org/W2001408157
  • https://openalex.org/W2004628289
  • https://openalex.org/W2009100705
  • https://openalex.org/W2015441629
  • https://openalex.org/W201642989
  • https://openalex.org/W2020375047
  • https://openalex.org/W2023212273
  • https://openalex.org/W2037467706
  • https://openalex.org/W2045878629
  • https://openalex.org/W2049668169
  • https://openalex.org/W2054508406
  • https://openalex.org/W2058156688
  • https://openalex.org/W2067381870
  • https://openalex.org/W2096991082
  • https://openalex.org/W2137928293
  • https://openalex.org/W2316295329
  • https://openalex.org/W2316426753
  • https://openalex.org/W2321005010
  • https://openalex.org/W2331464976
  • https://openalex.org/W2581863177
  • https://openalex.org/W2678780875
  • https://openalex.org/W2728082150
  • https://openalex.org/W2741963893
  • https://openalex.org/W2750669843
  • https://openalex.org/W2788839955
  • https://openalex.org/W2801593806
  • https://openalex.org/W2808149207
  • https://openalex.org/W2889878272
  • https://openalex.org/W2892148100
  • https://openalex.org/W2892183020
  • https://openalex.org/W2911469282
  • https://openalex.org/W2916100701
  • https://openalex.org/W2921667539
  • https://openalex.org/W2922385458
  • https://openalex.org/W2940773838
  • https://openalex.org/W2968033868
  • https://openalex.org/W2976462990
  • https://openalex.org/W2978132220
  • https://openalex.org/W2989863442
  • https://openalex.org/W2998924327
  • https://openalex.org/W3012469367
  • https://openalex.org/W3025821745
  • https://openalex.org/W3026345941
  • https://openalex.org/W3029929562
  • https://openalex.org/W3046287505
  • https://openalex.org/W3088615055
  • https://openalex.org/W3092208220
  • https://openalex.org/W3107897567
  • https://openalex.org/W3118027114
  • https://openalex.org/W3118964916
  • https://openalex.org/W3124672318
  • https://openalex.org/W3154410222
  • https://openalex.org/W3160854978
  • https://openalex.org/W3162013787
  • https://openalex.org/W3178151490
  • https://openalex.org/W3183541556
  • https://openalex.org/W3210428012
  • https://openalex.org/W4210452601
  • https://openalex.org/W4220690965
  • https://openalex.org/W4284887177
  • https://openalex.org/W4285156677
  • https://openalex.org/W4293567561
  • https://openalex.org/W4309848443
  • https://openalex.org/W4311270953
  • https://openalex.org/W4313891025
  • https://openalex.org/W4319789049
  • https://openalex.org/W4322615446
  • https://openalex.org/W4323654901
  • https://openalex.org/W4377086755
  • https://openalex.org/W4378471070
  • https://openalex.org/W4381137468
  • https://openalex.org/W4382934411
  • https://openalex.org/W4384460943
  • https://openalex.org/W4385357179
  • https://openalex.org/W4387423693
  • https://openalex.org/W4388064447
  • https://openalex.org/W4389069576
  • https://openalex.org/W61724843
  • https://openalex.org/W990450701