Nanoselluloosa-aerogeeli ja sen ominaisuudet

Abstract

Tässä työssä käydään läpi nanoselluloosasta valmistetun aerogeelin valmistuskeinoja, materiaaleja ja kuinka ne vaikuttavat sen ominaisuuksiin, sekä käydään läpi eri käyttökohteita. Tämän työn tavoite on myös selvittää mitä etuja nanoselluloosa-aerogeelillä on epäorgaanisiin aerogeeleihin verrattuna ja voiko sitä käyttää vaihtoehtoisena materiaalina eri käyttökohteissa. Nanoselluloosaa on mahdollista valmistaa kaikista selluloosaa sisältävistä materiaaleista, kuten puusta tai muista kasvikunnan lajeista. Koska se on luonnollinen materiaali sen voi myös helposti kierrättää. Nanoselluloosasta valmistettua aerogeeliä valmistetaan joko nanokiteen kokoisesta selluloosasta (engl. crystalline nanocellulose, CNC) tai mikrometrin pituisista selluloosakuiduista (engl. cellulose nanofibril, CNF). Nanoselluloosan valmistuksessa käytetään yleensä kolmea eri valmistusmenetelmää: happohydrolyysi, entsyymipohjainen happohydrolyysi ja TEMPO-oksidaatio. Tämän työn aikana käydään läpi molempien olomuotojen, CNC ja CNF, valmistuskeinot, sekä vaikutus aerogeelin rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Aerogeelin valmistusmenetelmissä on myös kolme eri vaihtoehtoa: Superkriittinen kuivaus, pakastekuivaus ja ilmakuivaus, joista jokaisella on omat vahvuudet ja heikkoudet. Valmistusmenetelmistä jokainen käydään aluksi yleisesti läpi ja myöhemmin vielä kuinka kyseinen valmistusmenetelmä vaikuttaa nanoselluloosa-aerogeelin rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Ominaisuuksien puolesta nanoselluloosa-aerogeeli on erittäin monipuolisesti muokattavissa, niin valmistustavasta, kuin lähtöaineen pitoisuuksista tai tyypistä alkaen. Tässä työssä käydään läpi nanoselluloosa-aerogeelin ominaisuuksia kuten tiheys, huokoisuus, spesifinen pinta-ala (engl. spesific surface area, SSA), sekä mekaaninen kestävyys. Lopuksi tarkastellaan käyttökohteita, kuten eristeitä, öljyn talteenottoa, ilmansuodattimia ja hiilidioksidin talteenottoa. Edellä mainituissa käyttökohteissa tarvitaan parhaan tehokkuuden saavuttamiseksi materiaalia, jolla on huokoinen rakenne kuten aerogeeleillä on. Käyttökohteissa tarkastellaan myös, kuinka ne hyödyntävät eri tavoilla valmistettua nanoselluloosa-aerogeeliä.