نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیتوشیمی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف:
تولید برنج سبوس دار، در جهان حدود 482 میلیون تن است. ترکیب­ های موجود در سبوس برنج، به دو بخش آلی و معدنی تقسیم می‌شود که بخش آلی آن را ترکیب­ های سلولز، همی سلولز، لیگنین و... تشکیل می ­­­­دهند و بخش معدنی آن شامل سیلیکا و اکسیدهای فلزی است. یکی از فراوان ­ترین مواد تشکیل دهنده سبوس برنج، سیلیکا است. بیست درصد سبوس برنج، خاکستر سفید رنگی است که منبعی غنی از سیلیکا (بیش از 90 درصد) بوده و بعد از سوختن کامل سبوس برنج در زمان و دمای کنترل شده، به­ دست می ­آید. در کشورهای دیگر بازیافت این سیلیس، کاربردهای متعددی در صنعت­ های آرایشی و بهداشتی و صنعت­ های الکترونیک دارد ولی در کشور ما این بازیافت صورت نمی­ گیرد. هدف این مقاله، بازیافت سیلیکا از سبوس برنج و استفاده از این سیلیکا، بعنوان ماده پر کننده ستون کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا است، که در نتیجه آن، سیلیکای بازیافتی از برنج، به سیلیکایی ارزشمند و با ارزش افزوده بسیار بالا تبدیل می­­ شود.
مواد و روش­ ها:
برای سنتز سیلیکاژل متخلخل کروی از سبوس برنج باید در ابتدا آماده سازی ­های فیزیکی سبوس، انجام شده و با واکنش ­­های اسیدی و تنظیم pH و به دنبال آن حرارت دادن (سوزاندن در دماهای بالا)، پودر سفید رنگ به­ دست آید. سپس در شرایط قلیایی، این پودر به محلول سدیم سیلیکات تبدیل می­ شود. از روش سل – ژل برای سنتز سیلیکاژل متخلخل کروی استفاده شد. پس از آماده سازی و پرکردن ستون با سیلیکاژل کروی سنتز شده، ابتدا ترکیب­ های فلاونوئیدی توسط ستون سیلیکاژل آنالیز شده و ­سپس سیلیکاژل با وانکومایسین، عامل دار شده و برای جداسازی انانتیومرهای پروپرانولول مورد تست قرار گرفت.
نتایج و بحث:
نتایج به­­ دست آمده از جداسازی فلاونوئیدها و پروپرانولول نشان داد که سیلیکای تهیه شده می ­تواند بستر بسیار مناسبی برای نشاندن گروه­ های عاملی روی آن باشد. تست سیلیکای سنتز شده که منشا آن سیلیکای بازیافتی از سبوس برنج است، نشان داد که عمل بازیافت بخوبی رخ داده و سبوس برنج بعنوان محصول جانبی و دور ریز در فرآیند تولید برنج، به سیلیکایی با ارزش افزوده بسیار بالا و کاربردی در ستون­های پبشرفته مورد استفاده در دستگاه­ های کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا، تبدیل شده است. 
نتیجه گیری:
کشور ما ایران یکی از بزرگترین تولید کنندگان برنج است. سبوس برنج همچون سیلیس معادن، می تواند بازیافت و خالص شده و بعنوان فاز ساکن ستون ­های کروماتوگرافی مایع مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Recycling silica from rice husk and its application in liquid chromatography

نویسندگان [English]

  • Alireza Ghassempour
  • Mostafa Shahnani

Medicinal Plants and Drug Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehan, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Rice husk production is about 482 million tons per yer all over the world. The compounds of the rice husk can be divided into organic and inorganic parts. The organic part contains cellulose, hemicellulose, and lignin and its mineral part consists of silica and metal oxides. One of the most abundant ingredients in the rice husk is silica. Twenty percent of the rice husk is white ash, which is obtained after complete burning of the rice husk in controlled time and temperatures and is a rich source of silica (more than 90 percent). In other countries, this type of recycled silica has many applications ranging from cosmetics to electronic industries, yet in Iran, recycling of silica does not happen. The aim of this work is silica production from rice husk, which is used as packing material in high-performance liquid chromatography (HPLC) column. As a result, this recycled silica from the rice husk is considered as valuable and cost-effective silica.
Material and methods:
For the synthesis of spherical porous silica gel from the rice husk, the physical preparation of the husk was done by burning and acidifying, adjusting the pH, and then heating (burning) at high temperatures to obtain a white powder. Then, in the alkaline conditions, the powder was converted into sodium silicate solution. Spherical porous silica gel was produced by the sol-gel method. HPLC columns were prepared by filling the column with bare silica and in the next step, silica was coated by vancomycin. Bare silica column was used for flavonoids analysis and vancomycin coated silica was tested for propranolol analysis.
Results and discussion:
The results obtained from the separation of flavonoids and propranolol showed that the prepared silica could be a very suitable substrate for the settlement of functional groups. Therefore, the recycling was done successfully and can be used as a column stationary phase.
Conclusion:
Our country is one of the largest rice producers. Rice husk silica sources (such as mineral silica) can be recycled, purified, and can have various applications such as chromatography stationary phases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural compounds analysis
  • Silica recycling
  • Rice husk
  • High performance liquid chromatography (HPLC)

Cao, Z., Chen, H., Shang, Y., Zhang, Y., Qi, D. and Ziener, U., 2017. Easily recyclable and highly active rice roll-like Au/SiO2 nanocatalysts from inverse miniemulsion. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 517, 52-62.

Chen, P., Gu, W., Fang, W., Ji, X. and Bie, R., 2017. Removal of metal impurities in rice husk and characterization of rice husk ash under simplified acid pretreatment process. Environmental Progress and Sustainable Energy. 36(3), 830-837.

Fernandes, I.J., Calheiro, D., Sanchez, F.A., Camacho, A.L.D., Rocha, T.L.A.d.C., Moraes, C.A.M. and Sousa, V.C.d., 2017. Characterization of silica produced from rice husk ash: Comparison of purification and processing methods. Materials Research. 20, 512-518.

Galarneau, A., Iapichella, J., Brunel, D., Fajula, F., Bayram‐Hahn, Z., Unger, K., Puy, G., Demesmay, C. and Rocca, J.L., 2006. Spherical ordered

mesoporous silicas and silica monoliths as stationary phases for liquid chromatography. Journal of Separation Science. 29(6), 844-855.

Gritti, F. and Guiochon, G., 2011. New insights on mass transfer kinetics in chromatography. AIChE Journal. 57(2), 333-345.

Gritti, F. and Guiochon, G., 2012. Mass transfer kinetics, band broadening and column efficiency. Journal of Chromatography A. 1221, 2-40.

Huber, L., Zhao, S. and Koebel, M.M., 2015. Cost-effective pilot-scale demonstration of ambient-dried silica aerogel production by a novel one-pot process. In Proceedings 13th International CISBAT Future Buildings and Districts Sustainability from Nano to Urban Scale Conference, 9th-11th September, EPFL, Lausanne, Switzerland. pp. 9-14.

Jung, D.S., Ryou, M.-H., Sung, Y.J., Park, S.B. and Choi, J.W., 2013. Recycling rice husks for high-capacity lithium battery anodes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110(30), 12229-12234.

Kirkland, J. and DeStefano, J., 2006. The art and science of forming packed analytical high-performance liquid chromatography columns.

Journal of Chromatography A. 1126(1-2), 50-57.

Kumar, S., Sangwan, P., Dhankhar, R.M.V. and Bidra, S., 2013. Utilization of rice husk and their ash: A review. Research Journal of Chemical and Environmental Sciences. 1(5), 126-129.

Maleki, H., Durães, L. and Portugal, A., 2014. An overview on silica aerogels synthesis and different mechanical reinforcing strategies. Journal of Non-Crystalline Solids. 385, 55-74.

Matos, J.R., Mercuri, L.P., Kruk, M. and Jaroniec, M., 2002. Synthesis of large-pore silica with cage-like structure using sodium silicate and triblock copolymer template. Langmuir. 18(3), 884-890.

Muthayya, S., Sugimoto, J.D., Montgomery, S. and Maberly, G.F., 2014. An overview of global rice production, supply, trade, and consumption. Annals of the New York Academy of Sciences. 1324(1), 7-14.

Ruangtaweep, Y., Kaewkhao, J., Kedkaew, C. and Limsuwan, P., 2011. Investigation of biomass fly ash in Thailand for recycle to glass production. Procedia Engineering. 8, 58-61.

Todkar, B., Deorukhar,O. and Deshmukh, S.,2016. Extraction of silica from rice husk. International Journal of Engineering Research and Development. 12, 69-74.

Unger, K.K., 1979. Porous silica. Journal of Chromatography Library. 16, 1-336.

Xi, Y., Liangying, Z. and Sasa, W., 1995. Pore size and pore-size distribution control of porous silica. Sensors and Actuators B: Chemical. 25(1-3), 347-352.