Dextraanin, xylaanin ja selluloosan nanokuitujen funktionalisointi click-kemialla vedessä

Functionalization of dextran, xylan and nanofibrillated cellulose was performed by first introducing hydroxypropyl azide groups by etherification using glycidyl azide in alkaline aqueous media. The reaction efficiency and degree of functionalization was found to depend on the amounts of reactants, reaction temperature and concentration of the polysaccharide. In the second step, the azide groups were used in copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions for further derivatization. Dextran was grafted with polyethylene glycol and temperature-responsive xylan-based hydrogels were developed by crosslinking reactions using thermoresponsive poly(ethylene glycol)-b-poly(propylene glycol)-b-poly(ethylene glycol) block copolymers. In addition, the reaction was applied on surface functionalization of NFC, providing fluorescent 5-(dimethylamino)-N-(2-propyl)-1-naphthalenesulfonamide or pH responsive amine functionalized NFC. Experiments of utilizing the developed amine functionalized NFC in graphene composites were conducted. The composites were found to exhibit good electrical and mechanical properties. In addition, all-cellulose NFC composites were developed. The modification of nanofibrillated cellulose was done by both physical and chemical means, using carboxymethyl cellulose and solid state epoxy chemistry. These composites were produced by tape-casting from aqueous NFC suspensions containing carboxymethyl cellulose. CMC was shown to alter the rheological properties of the suspensions by physical interactions, which allowed the production of anisotropic composites by shear-induced partial orientation of fibrils during tape casting.  The CMC also provided carboxyl groups to the composite, which could be used to improve the wet strength of the material though ionic crosslinking using glycidyl trimethylammonium chloride.Dekstraaniin, ksylaaniin ja selluloosan nanokuituihin (NFC) liitettiin hydroksipropyyliatsidi-ryhmiä käyttämällä reagenssina glysidyyliazidia alkalisessa vesiympäristössä. Reaktion tehokkuus ja funktionalisointiaste riippui reagenssien suhteista, reaktiolämpötilasta sekä polysakkaridien konsentraatiosta. Valmistettuja atsidifunktionaalisia polysakkarideja käytettiin oksastus ja silloitusreaktioihin kuparikatalysoidulla atsidi-alkyyni sykloadditioreaktiolla (CuAAc). Tällä menetelmällä dekstraaniin oksastettiin polyetyleeniglykolia ja ksylaanipohjaista lämpöön reagoivaa hydrogeeliä valmistettiin ristisilloittamalla polyetyleeniglykoli-polypropyleeniglykoli-polyetyleeniglykoli-lohkopolymeerillä. Lisäksi CuAAc reaktiolla muokattiin selluloosan nanokuitujen pintaa amiiniryhmillä sekä fluoresoivalla 5-(dimetyyliamino)-N-(2-propyyli)-1-naftaleenisulfonamidilla. Syntetisoituja amiinifunktionaalisia selluloosan nanokuituja käytettiin grafeenikomposiittien valmistuksessa. Komposiitit olivat sähköä johtavia ja niillä oli hyvät mekaaniset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin kokonaan selluloosasta valmistettuja NFC/karboksimetyyliselluloosa (CMC) komposiittien valmistusta, joissa hyödynnettiin sekä fysikaalista että kiinteän tilan kemiallista muokkausta. NFC/CMC komposiitit valmistettiin tape-casting menetelmällä, jolla tapahtui kuitujen orientoitumista leikkausvoimien ja CMC vaikutuksesta. Komposiittien märkälujuutta kasvatettiin hyödyntämällä CMC:n karboksyyliryhmiä sekä glysidyyli trimetyyliammonium-ryhmien reaktiolla ja ionisella ristisilloituksella

Huisgen-sykloadditioreaktion käyttö polysakkaridien modifioinnissa

Työssä tutkittiin "Click"-kemiaksi luokiteltavan kuparikatalysoidun Huisgen-reaktion käyttöä mahdollisuutena muokata polysakkarideista amfifiilisiä, itsejärjestäytyviä polymeerejä, miedoissa reaktio-olosuhteissa, siten että synteesissä vältettäisiin monivaiheiset käsittelyt ja puhdistukset. Modifioituja polysakkarideja voitaisiin mahdollisesti käyttää paperin ominaisuuksien muokkaamiseen. Kirjallisuusosassa tutustutaan tavallisimpiin "click"-kemian kytkentäreaktioihin, joiden käyttöä on tutkittu lohko- ja oksaskopolymeerien synteeseissä sekä polysakkaridien modifioinnissa. Kuparikatalysoidun Huisgen-reaktion lisäksi käsiteltyjä kytkentäreaktioita ovat epoksidien reaktiot, Diels-Alder sykloadditio sekä konjugaattiadditiot hiilen kaksoissidokseen. Kokeellisessa osassa modifioitiin dekstraania ja natriumkarboksimetyyliselluloosaa (CMC) oksastamalla niihin tetradekyyniä kuparikatalysoidun Huisgen-reaktion avulla. Tutkimus painottui kytkentäreaktioon tarvittavien atsidi-ryhmien saamiseksi polysakkaridiketjuihin, joka on ollut rajoittavana tekijänä reaktion hyödyntämisessä polysakkarideilla. Synteesissä kiinnitettiin erityistä huomiota synteesin turvallisuuteen, joka on atsidien käsittelyssä erityisen tärkeää. Sokerien atsidointiin sovellettiin epoksidin reaktiota, joka osoittautui yksinkertaiseksi ja polysakkarideille sopivaksi, koska reaktiot voitiin tehdä vedessä. Siinä polysakkarideihin eetteröitiin emäskatalysoidusti atsidi-ryhmän sisältävää 1-atsido-2,3-epoksipropaania, jolla valmistettujen atsidoitujen dekstraanin ja CMC:n substituutioasteet olivat 0,06-0,22 ja 0,06-0,16. Valmistettuihin atsidoituihin dekstraaniin ja CMC:aan oksastettiin tetradekyyniä erilaisilla kuparikatalyyteillä. Kytkentäreaktion haasteeksi muodostui kytkettävän sokerin ja tetradekyynin erilainen vesiliukoisuus, joka rajoitti reaktion edistymistä. Modifioitujen polysakkaridien keskimääräiset tetradekyynin paino-osuudet olivat dekstraanille välillä 0 - 2,2 p-% ja CMC:lle välillä 0 - 35 p-%. Atsidoidulla CMC:lla tehdyt kytkentäreaktiot onnistuivat paremmin kuin vastaavat dekstraanilla tehdyt, mahdollisesti siksi, että CMC toimi emulgaattorin tavoin stabiloiden tetradekyynin vedessä muodostamaa emulsiota

Novel thio-amine- and amino acid functional xylan derivates synthesized by thiol-ene reaction

201

Multiwalled Carbon Nanotubes/Nanofibrillar Cellulose/Nafion Composite-Modified Tetrahedral Amorphous Carbon Electrodes for Selective Dopamine Detection

We introduce a composite membrane comprised of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) dispersed in a matrix of sulfated nanofibrillar cellulose (SNFC) and Nafion. The high negative charge densities of the SNFC and Nafion ionomers enhance the cationic selectivity of the composite. The composite is characterized by scanning electron (SEM) and transmission electron (TEM) microscopies as well as Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopies. Tetrahedral amorphous carbon (ta-C) electrodes modified with the composite are investigated as potential dopamine (DA) electrochemical sensors. The composite-modified electrodes show significant selectivity and sensitivity toward DA in the presence of ascorbic acid (AA) and uric acid (UA) in physiologically relevant concentrations. A linear dopamine detection range of 0.05-100 μM with detection limits of 65 nM in PBS and 107 nM in interferent solution was determined using 100 mV/s cyclic voltammetry (CV) measurements. These results highlight the potential of the composite membrane for in vivo detection of neurotransmitters.Peer reviewe

Surface functionalization of nanofibrillated cellulose using click-chemistry approach in aqueous media

Peer reviewe

Continuous propionic acid production with Propionibacterium acidipropionici immobilized in a novel xylan hydrogel matrix

201

Effects of Chloride Concentration on the Water Disinfection Performance of Silver Containing Nanocellulose-based Composites

The availability of microbially-safe drinking water is a challenge in many developing regions. Due to the well-known antibacterial effect of silver ions, materials used for their controlled release have been widely studied for point-of-use water disinfection. However, even if it is in principle known that chloride anions can suppress the antibacterial efficiency of silver, the majority of previous studies, surprisingly, have not focused on chloride concentrations relevant for freshwaters and thus for practical applications. Here, we prepared low-cost nanocellulose-aluminium oxyhydroxide nanocomposites functionalized with silver nanoparticles. Field samples obtained from Chennai, India were used as a guideline for choosing relevant chloride concentrations for the antibacterial studies, i.e., 10, 90, and 290 ppm. The antibacterial performance of the material against Escherichia coli and Bacillus subtilis was demonstrated and the influence of chloride concentration on the antibacterial effect was studied with E.coli. A 1 h contact time led to bacterial reductions of 5.6 log10, 2.9 log10, and 2.2 log10, respectively. This indicates that an increase of chloride concentration leads to a substantial reduction of antibacterial efficiency, even within chloride concentrations found in freshwaters. This work enables further insights for designing freshwater purification systems that utilize silver-releasing materials.Peer reviewe

Phosphorylated cellulose nanofibers exhibit exceptional capacity for uranium capture

| openaire: EC/H2020/788489/EU//BioELCellWe investigate the adsorption of hexavalent uranium, U(VI), on phosphorylated cellulose nanofibers (PHO-CNF) and compare the results with those for native and TEMPO-oxidized nanocelluloses. Batch adsorption experiments in aqueous media show that PHO-CNF is highly efficient in removing U(VI) in the pH range between 3 and 6. Gelling of nanofiber hydrogels is observed at U(VI) concentration of 500 mg/L. Structural changes in the nanofiber network (scanning and transmission electron microscopies) and the surface chemical composition (X-ray photoelectron spectroscopy) gave insights on the mechanism of adsorption. The results from batch adsorption experiments are fitted to Langmuir, Freundlich, and Sips isotherm models, which indicate a maximum adsorption capacity of 1550 mg/g, the highest value reported so far for any bioadsorbent. Compared to other metals (Zn, Mn, and Cu) and typical ions present in natural aqueous matrices the phosphorylated nanofibers are shown to be remarkably selective to U(VI). The results suggest a solution for the capture of uranium, which is of interest given its health and toxic impacts when present in aqueous matrices.Peer reviewe