Nanocomposite hydrogels based on nanocellulose for applications in agriculture

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento, Diego Magalhães do
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Texto Completo: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40064
Resumo: NASCIMENTO, Diego Magalhães do. Nanocomposite hydrogels based on nanocellulose for applications in agriculture. 2019. 163 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
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Compared to the neat gelatin single-membrane, the compressivemodulus of the nanocomposite with 5 wt.% CNC was enhanced by 288% and,meanwhile, the nutrient loading capacity was increased by 155%. Compared withgelatin-based hydrogels reinforced with nanocellulose, the double-membranehydrogels showed a slow-release property and better water retention capacity. In thesecond part of the work, cellulose nanofibrils (CNF) were obtained from coconut huskfibers. High-purity CNF and lignin were isolated from coconut fibers through a multistep treatment process that combined steam explosion, organosolv pretreatment,bleaching, and TEMPO-mediated oxidation. The previous steam explosionpretreatment increased the lignin recovery from 45% to 73%. Next, CNF isolated fromsteam-exploded coconut fibers were used to prepare nanocomposite hydrogels.Poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMA) was used as a matrix material for fabricatingnovel nanocomposite hydrogels reinforced with CNF by a facile synthesis method. Thecompression modulus of the nanocomposite hydrogels was significantly higher thanthose of the pure PDMA hydrogels. The water-retention and NPK release studiesindicated that the addition of CNF considerably improved its water-retention capacitybut reduced the nutrient loading capacity of the hydrogel. All the prepared hydrogelsshowed a significantly improved mechanical performance. Our study provides facileand green routes to produce nanocomposite hydrogels with tunable properties forpotential agriculture applications.CAPESEste trabalho de doutorado teve como objetivo estudar o potencial de uso denanoceluloses obtidas a partir de resíduos agroindustriais na elaboração de hidrogéisnanocompósitos. Na primeira parte do trabalho, nanocristais de celulose (CNC) foramobtidos a partir de fibras de linter de algodão. Em seguida, foram preparados hidrogéisde gelatina e alginato-gelatina reforçados com CNC. Os hidrogéis de gelatinareforçados com 5% de CNC apresentaram um aumento da capacidade dearmazenamento de fertilizantes e do módulo de compressão de 155% e 288% emrelação ao hidrogel puro, respectivamente. Os hidrogéis de gelatina-alginatoapresentaram um maior controle durante a liberação dos fertilizantes e melhorcapacidade de retenção de água. Na segunda parte do trabalho, nanofibras decelulose (CNF) foram obtidas a partir de fibras da casca do coco verde. CNF de altapureza e lignina foram isoladas a partir das fibras de coco através de um processo detratamento de várias etapas que combinou explosão a vapor-organossolv,branqueamento e oxidação mediada por (2,2,6,6-tetrametilpiperidi-1-nil)oxil (TEMPO).O pré-tratamento prévio da explosão a vapor aumentou o teor de lignina obtida de45% para 73%. Em seguida, a CNF foi usada para preparar hidrogéisnanocompósitos. Foi utilizado poli(N,N-dimetilacrilamida) (PDMA) como matrizpolimérica para a obtenção dos hidrogéis nanocompósitos reforçados com CNF apartir de uma síntese fácil. O módulo de armazenamento dos hidrogéisnanocompósitos foi significativamente maior que o dos hidrogéis puros de PDMA. Osestudos de retenção de água e liberação de NPK indicaram que a adição de CNFmelhorou consideravelmente sua capacidade de retenção de água, mas reduziu acapacidade de armazenamento e liberação dos nutrientes. Todos os hidrogéispreparados mostraram um desempenho mecânico significativamente melhorado.Nosso estudo fornece rotas fáceis e “verdes” para produzir hidrogéis nanocompósitoscom propriedades ajustáveis para potenciais aplicações na agrícultura.Rosa, Morsyleide de FreitasFeitosa, Judith Pessoa de AndradeNascimento, Diego Magalhães do2019-02-28T22:15:22Z2019-02-28T22:15:22Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfNASCIMENTO, Diego Magalhães do. 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