Вероятно, это не первое, о чем вы думаете, когда видите слоновий навоз, но этот материал оказывается отличным источником целлюлозы для производства бумаги в странах, где деревьев мало, сообщают ученые. А в регионах с большим количеством сельскохозяйственных животных, таких как коровы, переработка навоза в бумажные изделия может быть дешевым и экологически безопасным методом избавления от этих широко распространенных сельскохозяйственных отходов.
Исследователи представляют свои результаты сегодня на 255-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
Идея проекта зародилась на Крите, где Александр Бисмарк, к. Д., заметил коз, жующих летнюю сухую траву в небольшой деревне, где он отдыхал. «Я понял, что в итоге получается частично переваренная растительная масса, значит, там должна быть целлюлоза», - вспоминает он.
Животные едят биомассу низкого качества, содержащую целлюлозу, пережевывают ее и подвергают воздействию ферментов и кислоты в желудке, а затем производят навоз. В зависимости от животного до 40 процентов этого навоза составляет целлюлоза, которая затем легко доступны», - говорит Бисмарк. Таким образом, для превращения этого частично переваренного материала в целлюлозные нановолокна потребуется гораздо меньше энергии и меньше химических обработок, чем если бы мы начинали с необработанной древесины, предположил он..
Поработав с козьим навозом, Бисмарк из Венского университета, Австрия, его постдокторант Андреас Маутнер, доктор философии, и аспиранты Нурул Айн Камаль и Катрин Вейланд перешли к навозу лошадей и коров. и, наконец, слоны. Запасы сырья значительны: парки в Африке, где живут сотни слонов, производят тонны навоза каждый день, а огромные фермы крупного рогатого скота в США. Согласно Маутнеру, Юг и Европа дают горы навоза.
Исследователи обрабатывают навоз раствором гидроксида натрия. Это частично удаляет лигнин, который впоследствии можно использовать в качестве удобрения или топлива, а также другие примеси, в том числе белки и мертвые клетки. Для полного удаления лигнина и получения белой целлюлозы для изготовления бумаги материал необходимо отбеливать гипохлоритом натрия. Очищенная целлюлоза практически не требует измельчения, чтобы расщепить ее на нановолокна при подготовке к использованию в бумаге, в отличие от традиционных методов.
«Вам нужно много энергии, чтобы измельчить древесину и получить наноцеллюлозу», - говорит Маутнер. Но с навозом в качестве исходного материала «вы можете сократить количество шагов, которые вам нужно выполнить, просто потому, что животное уже пережевало растение и атаковало его кислотой и ферментами. Вы недорого производите наноцеллюлозу, которая имеет такие же или даже лучшие свойства. чем наноцеллюлоза из дерева, с меньшим потреблением энергии и химикатов», - говорит он.
Нанобумага, полученная из навоза, может использоваться во многих областях, в том числе в качестве армирования для полимерных композитов или фильтров, которые могут очищать сточные воды перед их сбросом в окружающую среду, говорит Бисмарк. Его команда работает с промышленным консорциумом над дальнейшим изучением этих возможностей. По его словам, нанобумагу также можно использовать для письма.
Исследователи также изучают, можно ли сделать этот процесс еще более устойчивым, сначала производя биогаз из навоза, а затем извлекая из остатков целлюлозные волокна. Биогаз, который в основном состоит из метана и двуокиси углерода, затем можно использовать в качестве топлива для производства электроэнергии или тепла.