في هذه الدراسة، استخدم باحثو جامعة أصفهان الصناعية تقنية البلازما مع انبعاث التفريغ الكهربائي في سلسلة DBD كمعالجة أولية، لفتح الهيكل المعقد والمضغوط الليغنوسلولوزي لقشور الجوز، وتسهيل مسار استخراج الألياف السلولوزية.
وأظهرت النتائج أن تطبيق جهود كهربائية بقيمة 18 و20 كيلوفولت قبل المعالجات القلوية التقليدية والتبييض، يؤدي إلى أنماط جديدة من كسر الروابط الهيدروجينية، وانخفاض التبلور، وتحويل الألياف الدقيقة إلى ألياف نانوية بقطر يبلغ حوالي 80 نانومتراً. وتضع هذه الدراسة في الأفق إمكانية الاستغلال الصناعي للنفايات الزراعية على نطاق واسع، وإنتاج مواد متقدمة ذات أصل طبيعي.
ورغم الإمكانيات الواسعة، يظل استخراج السلولوز من الكتلة الحيوية مثل قشور الجوز عملية مليئة بالتحديات، تستغرق وقتاً طويلاً، وتعتمد على مواد كيميائية قوية. يُعد الهيكل الصلب والمضغوط والغني بالليغنين في قشور الجوز عائقاً جدياً أمام التحلل، والنفاذية الكيميائية، وإطلاق الألياف.
وفي هذه الدراسة، تم تحويل قشور الجوز، بعد غسلها وتجهيزها، إلى مسحوق، ثم خضعت لمعالجة أولية بالبلازما بجهود كهربائية قدرها 18 و20 كيلوفولت. وبعد ذلك، تم معالجة العينات في ثلاث مسارات منفصلة: المعالجة القلوية بهيدروكسيد الصوديوم، والتبييض بكلوريت الصوديوم، ومزيج من كليهما. كما تم إعداد عينة شاهدة بدون بلازما لقياس التأثير المباشر لهذه التقنية.
يأتي الجانب النانوي للعمل تحديداً في المكان الذي تغير فيه المعالجة الأولية بالبلازما الهيكل المعقد الليغنوسلولوزي بطريقة تسهل مسار تحويل الألياف الدقيقة إلى ألياف نانوية. ووفقاً للنتائج، حققت العينات التي خضعت لبلازما بجهد 20 كيلوفولت، ثم مرت بالمعالجة المركبة القلوية والتبييض، متوسط قطر للألياف يبلغ حوالي 80 نانومتراً؛ وهو رقم يشير إلى إضعاف وكسر الروابط الهيدروجينية بين المكونات السلولوزية، وزيادة الانفصال الطبقي delamination. ورغم أن البلازما أدت إلى انخفاض عائد استخراج السلولوز من نحو 26% إلى قرابة 22%، يُعزي الباحثون هذه الظاهرة إلى تأثير الحفر السطحي etching والتآكل غير المتحكم فيه، الذي يدمر جزءاً من مكونات الهيكل الليغنوسلولوزي قبل تحويلها إلى ألياف سلولوزية. ومع ذلك، صاحَب هذا الانخفاض في العائد ميزة بالغة الأهمية: الوصول إلى هياكل نانوأليافية متجانسة، خفيفة الوزن، ومثالية للتطبيقات المتقدمة.
ويؤكد الباحثون أن هذه الطريقة، على الرغم من الانخفاض النسبي في العائد، تُعد من المسارات الرئيسية لإنتاج النانوسلولوز من النفايات الزراعية؛ خاصة أن قشور الجوز تُعامل في كثير من مناطق إيران والعالم كنفايات غير قابلة للاستغلال. تحويل هذه النفايات الرخيصة إلى مادة ذات قيمة مضافة عالية يفتح آفاقاً واسعة اقتصادياً وبيئياً وصناعياً.
وأعلن فريق البحث في جامعة أصفهان الصناعية أن بلازما DBD قادرة، من خلال تفاعلات فيزيائية وكيميائية قابلة للتحكم، على إضعاف الروابط بين المكونات المختلفة في الهيكل الليغنوسلولوزي، مما يسهل عملية إطلاق الألياف وفصلها. وأظهرت الدراسة أنه يمكن الوصول إلى ألياف نانوية سلولوزية ذات خصائص مرغوبة حتى دون الاعتماد الكبير على المواد الكيميائية المسببة للتآكل. يمكن أن يشكل هذا النمط أساساً لتطوير تقنيات أكثر اخضراراً وأقل استهلاكاً للموارد وأعلى جدوى اقتصادية في مجالات مثل الهندسة الحيوية، والتغليف المستدام، والمكثفات الفائقة، والمركبات الخفيفة.
