Disputation i kemi med Abdolrahim Abbaszad Rafi
Välkommen till disputation i kemi med Abdolrahim Abbaszad Rafi. Han kommer att presentera sin avhandling: "Sustainable Engineering, Click Chemistry and Catalysis: Modification, Fabrication and Application of Cellulosic Materials".
Disputation: Sustainable Engineering, Click Chemistry and Catalysis: Modification, Fabrication and Application of Cellulosic Materials
Datum: 23 januari 2025 klockan 10:00
Rum: C312 campus Sundsvall och Zoom
Huvudhandledare: Professor Armando Cordova, Mittuniversitetet
Opponent/opponent: Professor Monica Ek, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm
Mötes-ID: 689 7206 0412
Lösenord: 994721
Abstract
På grund av utmaningar som hållbarhet och ökande koldioxidutsläpp finns ett växande behov av att ersätta fossilbaserade material med gröna, hållbara alternativ såsom cellulosamaterial. Omodifierade cellulosamaterial möter dock ofta problem som hög vätbarhet och låg mekanisk hållfasthet, vilket begränsar deras användningsområden. För att övervinna dessa nackdelar är funktionalisering och modifiering avgörande och oundvikliga. Befintliga metoder involverar ofta giftiga/kraftiga förhållanden eller reagenser samt fler stegs-processer. Fokus i denna avhandling ligger på tillverkning, funktionalisering och modifiering av cellulosamaterial genom enkla och miljövänliga metoder för att förbättra deras egenskaper och bredda deras potentiella användningsområden.
Vi började med att immobilisera kopparnanopartiklar på ett kontrollerat porglas-substrat, som användes som en återvinningsbar heterogen katalysator för kopparkatalyserad alkin-azid-cykloaddition (CuAAC). Med fokus på hållbarhet använde vi också cellulosamaterial som katalysatorbärare. Först funktionaliserades cellulosa med en mild organokatalytisk metod. Därefter immobiliserades koppar- eller palladiumnanopartiklar på den funktionaliserade cellulosan, som sedan användes som effektiva återvinningsbara heterogena katalysatorer i olika reaktioner.
Direktesterifiering av CNC-material med tioglykolsyran utfördes, vilket gjorde det möjligt att införa tiolgrupper på CNC-material. Reaktionen skedde under milda förhållanden med en naturlig, icke-toxisk organisk syra som organokatalysator. Metoden tillämpades på olika CNC-material och resulterade i tiolfunktionaliserade CNC-material. Dessa användes som en heterogen återvinningsbar reduktionsmedel för att reducera Cu(II) till Cu(I), vilket är kopparens aktiva form i CuAAC. De framställda tiolfunktionaliserade CNC-materialen funktionaliserades ytterligare genom att fästa UV-aktiva molekyler via tiol-en-klickkemi.
Mjölksyrafunktionaliserade CNF framställdes genom en miljövänlig enstegsreaktion med hög avkastning. Detta uppnåddes genom att omvandla massafibrer till nanofibrillerad cellulosalaktat under milda förhållanden, där mjölksyra användes som både reaktionsmedium och katalysator. Processen var samtidig och innebar en autokatalytisk föresterifieringsreaktion utan användning av metallbaserade eller starka syrakatalysatorer. Dessutom återvanns och återanvändes mjölksyramediet i flera reaktionscykler.
I den fjärde studien framställdes starkt hydrofoba cellulosamaterial genom en enkel, skalbar och miljövänlig metod. Metoden involverade en betulinbehandling och varmpressningsprocesser. Först utvecklades en vattenbaserad betulinformulering som användes för behandling av cellulosamaterial. De betulinbehandlade proverna varmpressades sedan. Varmpressningen förändrade morfologierna och ledde till täta strukturer samt en polymorf omvandling av betulinpartiklarna. Tester av vattenkontaktvinkel och draghållfasthet visade att betulin/värmpressningsmetoden avsevärt förbättrade provens hydrofobicitet och draghållfasthet. En synergistisk effekt noterades också mellan varmpressning, betulinbehandling och sulfonering under massaprocessen.
Tätade och starka stora fanér framställdes genom en enkel och skalbar metod. Metoden involverade en kombination av kemiska modifieringar av aspfanér följt av varmpressning. Studien visade att varmpressning förbättrade draghållfastheten. De kemiska modifieringarna ökade varmpressningens effektivitet ytterligare, vilket resulterade i högre draghållfasthet. Modifieringarna förändrade träets sammansättning, vilket främjade mjukning och ökad bindning. Eftersom metoden använder enkla och milda behandlingar i kombination med kontinuerlig varmpressning möjliggör den bearbetning av stora prover. Den kan också minska tids-/energiförbrukning, produktionskostnader och miljöpåverkan.