Pressing force response of nanocellulose films from coconut shells

Abstract

This research examines the pressing force response of nanocellulose films from coconut shells. Coconut shell cellulose (CSC) is prepared using sodium hydroxide to remove hemicellulose and hydrogen peroxide for lignin removal. Cellulose nanofibrils (CNF) are extracted via TEMPO-mediated oxidation and dried by freeze-drying or oven-drying for comparison. CNF is then used to fabricate biofilms with polyvinyl alcohol (PVA) as the primary polymer, while calcium chloride is added to study voltage generation. The CNF-based biofilms are paired with polytetrafluoroethylene (PTFE) film to construct a triboelectric nanogenerator (TENG) in single-electrode mode, with copper tape as the electrode. Material characterization is conducted using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Optical absorption is analyzed with a UV-visible spectrophotometer, and an electrometer measures mechanical and electrical properties. The CNF3%CaCl21% film generates 165 volts and 0.44 microamps, successfully powering 82 commercial LEDs.

ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาการตอบสนองต่อแรงกดของนาโนเซลลูโลสจากกะลามะพร้าว (Cellulose nanofibrils: CNF) โดยเริ่มจากการสกัดเซลลูโลสจากกะลามะพร้าว (Coconut shell cellulose: CSC) ด้วยการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลส เพื่อกำจัดลิกนินออกนำมา ฟอกสีด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเตรียมนาโนเซลลูโลสผ่านกระบวนการออกซิเดชันด้วยเทมโป (Tempo : 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) และนำไปทำให้แห้งด้วยการแช่เยือกแข็ง (Freeze dry) เปรียบเทียบกับการทำให้แห้งด้วยความร้อน (Oven dry) จากนั้นทำการขึ้นฟิล์มโดยใช้ โพลีไวนิลแอลกอฮอล์เป็นพอลิเมอร์หลัก และมีการเติมแคลเซียมคลอไรด์เพื่อศึกษาการเพิ่ม แรงดันไฟฟ้า นำมาจับคู่กับแผ่นฟิล์มพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) เพื่อสร้างอุปกรณ์เครื่อง กำเนิดไฟฟ้าไทรโบอิเล็กทริกนาโนเจนเนอเรเตอร์ (TENG) ในแบบอิเล็กโทรดเดี่ยว (Single electrode mode) ใช้เทปทองแดงเป็นอิเล็กโทรด ซึ่งได้นำตัวอย่างทั้งหมดมาศึกษาโครงสร้างผลึก ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ (XRD) การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ ส่องกราด (SEM) วิเคราะห์องค์ประกอบธาตุ โดยเทคนิคสเปกโทรสโคปีเอ็กซ์เรย์แบบกระจาย พลังงาน (EDS) ระบุกลุ่มฟังก์ชันด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโคปี (FTIR) ทดสอบการดูดกลืนแสงโดยใช้เครื่อง UV-visible spectrophotometer ศึกษาสมบัติเชิงกลของวัสดุ (Tensile strength) ศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ด้วยเครื่องอิเล็กโทรมิเตอร์ จากการทดสอบ พบว่า แผ่นฟิล์ม CNF3%CaCl21% ให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 165 โวลต์ ค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุด 0.44 ไมโครแอมป์ ซึ่งสามารถทำให้ไดโอดเปล่งแสงเชิงพาณิชย์สีเขียวสว่างได้ 82 ดวง