Isolation and Characterization of Nanocellulose Obtained from Industrial Crop Waste Resources by Using Mild Acid Hydrolysis

Abstract

Cellulose, microcrystalline cellulose and nanocellulose were prepared from three agricultural waste resources: pineapple leaf (PALF), banana rachis (BR), and sugarcane bagasse (SCB). Each waste resource was first converted into microcrystalline cellulose which was subsequently converted into cellulose nanoparticles by using mild (30% w/v) and strong (60% w/v) sulfuric acid concentrations for extraction. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA) were used to characterize each waste resource and extracted cellulosic materials. Furthermore, nanocelluloses were studied by zeta potential, size analysis, and transmission electron microscopy (TEM). Cellulose nanowhiskers were successfully obtained and isolated with a 33% average yield by applying a mild acid treatment. Substrates BR and SCB proved to be more promising agricultural waste resources in terms of their crystalline cellulosic content and properties.

Se prepararon celulosa, celulosa microcristalina y nanocelulosa a partir de tres recursos de desecho agrícola: hoja de piña (PALF), raquis de plátano (BR) y bagazo de caña de azúcar (SCB). Cada recurso de desecho se convirtió primero en celulosa microcristalina que luego se convirtió en nanopartículas de celulosa mediante el uso de concentraciones de ácido sulfúrico suaves (30 % p/v) y fuertes (60 % p/v) para la extracción. Se utilizaron espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD) y análisis termogravimétrico (TGA) para caracterizar cada recurso de desecho y materiales celulósicos extraídos. Además, las nanocelulosas se estudiaron mediante potencial zeta, análisis de tamaño y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los nanotrigos de celulosa se obtuvieron y aislaron con éxito con un rendimiento promedio del 33 % mediante la aplicación de un tratamiento con ácido suave. Los sustratos BR y SCB demostraron ser recursos de desechos agrícolas más prometedores en términos de su contenido y propiedades de celulosa cristalina.