नैनोसेल्युलोज



नैनोसेल्यूलोज़ नैनो-संरचित सेलूलोज़ का जिक्र करने वाला शब्द है। यह या तो सेल्युलोज नैनोक्रिस्टल (सीएनसी या एनसीसी), सेल्यूलोज नैनोफिबर्स (सीएनएफ) जिसे नैनोफिब्रिलेटेड सेल्यूलोज (एनएफसी) भी कहा जाता है, या बैक्टीरियल नैनोसेल्यूलोज हो सकता है, जो बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित नैनो-संरचित सेल्यूलोज को संदर्भित करता है।

CNF एक उच्च पहलू अनुपात (लंबाई से चौड़ाई अनुपात) के साथ नैनो टेक्नोलॉजी सेलूलोज़ तंतुओं से बनी सामग्री है। विशिष्ट तंतुओं की चौड़ाई लंबाई की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ 5-20 नैनोमीटर होती है, आमतौर पर कई माइक्रोमीटर। यह स्यूडो-प्लास्टिक है और thixotropy प्रदर्शित करता है, कुछ जैल या तरल पदार्थ की संपत्ति जो सामान्य परिस्थितियों में मोटी (चिपचिपी) होती है, लेकिन हिलने या उत्तेजित होने पर कम चिपचिपी हो जाती है। जब कर्तन बलों को हटा दिया जाता है तो जेल अपनी मूल स्थिति को पुनः प्राप्त कर लेता है। उच्च दबाव, उच्च तापमान और उच्च वेग प्रभाव होमोजेनाइजेशन (रसायन विज्ञान), पीस या माइक्रोफ्लुइडाइजेशन (नीचे निर्माण देखें) के माध्यम से लकड़ी-आधारित फाइबर (पल्प (कागज)) सहित किसी भी सेल्यूलोज युक्त स्रोत से तंतुओं को अलग किया जाता है। नैनोसेल्युलोज को एक एसिड हाइड्रोलिसिस द्वारा देशी फाइबर से भी प्राप्त किया जा सकता है, जो अत्यधिक क्रिस्टलीय और कठोर नैनोकणों को जन्म देता है, जो सेल्युलोज नैनोफिब्रिल्स (सीएनएफ) की तुलना में छोटे (100s से 1000 नैनोमीटर) होते हैं, जो होमोजेनाइजेशन, माइक्रोफ्लूइडाइजेशन या ग्राइंडिंग रूट से प्राप्त होते हैं। परिणामी सामग्री को सेलूलोज़ नैनोक्रिस्टल (सीएनसी) के रूप में जाना जाता है। नैनोकाइटिन अपने नैनोसंरचना में नैनोसेल्युलोज के समान है।

इतिहास और शब्दावली
माइक्रोफिब्रिलेटेड/नैनोसेल्युलोज या (MFC) शब्दावली का पहली बार उपयोग टर्बक, स्नाइडर और सैंडबर्ग द्वारा 1970 के दशक के अंत में व्हिपनी, न्यू जर्सी में आईटीटी रेयान लैब में किया गया था, जो गॉलिन के माध्यम से लकड़ी के गूदे को पास करके जेल प्रकार की सामग्री के रूप में तैयार उत्पाद का वर्णन करता है। उच्च तापमान और उच्च दबाव पर दुग्ध होमोजेनाइज़र टाइप करें, जिसके बाद कठोर सतह पर इजेक्शन प्रभाव पड़ता है। शब्दावली पहली बार 1980 के दशक की शुरुआत में सार्वजनिक रूप से सामने आई जब आईटीटी रेयोनियर को पदार्थ के एक नए नैनोसेल्यूलोज संयोजन पर कई पेटेंट और प्रकाशन जारी किए गए। बाद के काम में, व्हीपनी में आईटीटी रेयोनियर ईस्टर्न रिसर्च डिवीजन (ईआरडी) लैब में एफ डब्ल्यू हेरिक ने भी जेल के सूखे पाउडर के रूप में काम प्रकाशित किया। रेयोनियर ने शुद्ध लुगदी का उत्पादन किया है। रेयोनियर ने सेल्युलोज के इस नए प्रयोग को आगे बढ़ाने के लिए किसी को भी मुफ्त लाइसेंस दिया। Rayonier, एक कंपनी के रूप में, स्केल-अप का पीछा कभी नहीं किया। बल्कि, टर्बक एट अल। 1) MFC/nanocellulose के लिए नए उपयोगों की खोज करना। इनमें MFC का उपयोग खाद्य पदार्थों, सौंदर्य प्रसाधनों, कागज निर्माण, वस्त्रों, बिना बुने कपड़ों आदि में थिकनर और बाइंडर के रूप में करना और 2) MFC/Nanocellulose उत्पादन के लिए ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करने के लिए सूजन और अन्य तकनीकों का मूल्यांकन करना शामिल है। 1983-84 में ITT द्वारा Rayonier Whippany Labs को बंद करने के बाद, Herric ने शेल्टन, वाशिंगटन में Rayonier प्रयोगशालाओं में MFC का एक सूखा पाउडर बनाने का काम किया।

1990 के दशक के मध्य में, तनिगुची और सहकर्मियों के समूह और बाद में यानो और सहकर्मियों ने जापान में इस प्रयास को आगे बढ़ाया।

निर्माण
नैनोसेल्युलोज, जिसे सेल्युलोज नैनोफिबर्स (सीएनएफ), माइक्रोफिब्रिलेटेड सेल्यूलोज (एमएफसी) या सेल्यूलोज नैनोक्रिस्टल (सीएनसी) भी कहा जाता है, किसी भी सेल्यूलोज स्रोत सामग्री से तैयार किया जा सकता है, लेकिन आमतौर पर लकड़ी लुगदी का उपयोग किया जाता है।

नैनोसेल्युलोज तंतुओं को लकड़ी-आधारित तंतुओं से यांत्रिक विधियों का उपयोग करके अलग किया जा सकता है जो लुगदी को उच्च कतरनी बलों के लिए उजागर करते हैं, बड़े लकड़ी के तंतुओं को नैनोफाइबर में अलग कर देते हैं। इस उद्देश्य के लिए, उच्च दबाव वाले होमोजेनाइज़र, ग्राइंडर या माइक्रोफ्लुइडाइज़र का उपयोग किया जा सकता है। होमोजेनाइज़र का उपयोग तंतुओं की कोशिका की दीवारों को नष्ट करने और नैनोसाइज़्ड तंतुओं को मुक्त करने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में बहुत अधिक मात्रा में ऊर्जा की खपत होती है और 30 MWh/टन से अधिक मूल्य असामान्य नहीं हैं। इस समस्या का समाधान करने के लिए, कभी-कभी एंजाइमी/यांत्रिक पूर्व-उपचार और आवेशित समूहों का परिचय उदाहरण के लिए कार्बोक्सिमिथाइलेशन के माध्यम से या समय | टेम्पो-मध्यस्थता ऑक्सीकरण का उपयोग किया जाता है। ये पूर्व-उपचार ऊर्जा खपत को 1 MWh/टन से कम कर सकते हैं। कच्चे संयंत्र बायोमास से सीधे कार्बोक्सीसेलुलोज नैनोफाइबर तैयार करने के लिए नाइट्रो-ऑक्सीडेशन विकसित किया गया है। नैनोसेल्युलोज निकालने के लिए कम प्रसंस्करण चरणों के कारण, नाइट्रो-ऑक्सीडेशन विधि को कार्बोक्सीसेल्यूलोज नैनोफाइबर निकालने के लिए एक लागत प्रभावी, कम-रासायनिक रूप से उन्मुख और कुशल तरीका पाया गया है। नाइट्रो-ऑक्सीकरण का उपयोग करके प्राप्त कार्यात्मक नैनोफाइबर भारी धातु आयन अशुद्धियों जैसे सीसा, को हटाने के लिए एक उत्कृष्ट सब्सट्रेट पाया गया है। कैडमियम, और यूरेनियम। सेल्युलोज नैनोव्हिस्कर्स एक आयताकार क्रॉस सेक्शन के साथ रॉड की तरह अत्यधिक क्रिस्टलीय कण (75% से ऊपर सापेक्ष क्रिस्टलीयता सूचकांक) हैं। वे आमतौर पर सल्फ्यूरिक या हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग करके देशी सेलूलोज़ फाइबर के एसिड हाइड्रोलिसिस द्वारा बनते हैं। देशी सेल्यूलोज के अक्रिस्टल खंड हाइड्रोलाइज्ड होते हैं और सावधानीपूर्वक समय के बाद, क्रिस्टलीय वर्गों को सेंट्रीफ्यूगेशन और धुलाई द्वारा एसिड समाधान से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। उनके आयाम देशी सेलूलोज़ स्रोत सामग्री और हाइड्रोलिसिस समय और तापमान पर निर्भर करते हैं। नाइट्रिक एसिड-फॉस्फोरिक एसिड उपचार द्वारा तैयार गोलाकार आकार के कार्बोक्सीसेलुलोज नैनोपार्टिकल्स अपने गैर-आयनिक रूप में फैलाव में स्थिर होते हैं। अप्रैल 2013 में, शैवाल द्वारा नैनोसेल्यूलोज़ उत्पादन में सफलताओं की घोषणा अमेरिकन केमिकल सोसाइटी सम्मेलन में स्पीकर आर मैल्कम ब्राउन, जूनियर, पीएचडी द्वारा की गई थी, जिन्होंने 40 से अधिक वर्षों के लिए क्षेत्र में अनुसंधान का नेतृत्व किया है, ने पर बात की नैनोसेल्युलोज पर प्रथम अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी, अमेरिकन केमिकल सोसायटी की बैठक का हिस्सा। सिरका, कोम्बुचा चाय और नाटा डी कोको पैदा करने वाले बैक्टीरिया के परिवार के जीन एक परियोजना में सितारे बन गए हैं - जिसके बारे में वैज्ञानिकों ने कहा कि यह एक उन्नत चरण में पहुंच गया है - जो "आश्चर्यजनक सामग्री" नैनोसेल्यूलोज के उत्पादन के लिए शैवाल को सौर-संचालित कारखानों में बदल देगा। कॉटन लिंटर्स से नैनोसेल्यूलोज के उत्पादन के लिए एक कीमो-मैकेनिकल प्रक्रिया को प्रति दिन 10 किग्रा की क्षमता के साथ प्रदर्शित किया गया है।

आयाम और क्रिस्टलीयता
विभिन्न स्रोतों से प्राप्त नैनोसेल्युलोज की पूर्ण संरचना का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम), परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम), चौड़े कोण एक्स-रे बिखरने (डब्ल्यूएएक्सएस), छोटे आपतन कोण एक्स-रे विवर्तन और ठोस अवस्था जैसी तकनीकें 13C क्रॉस-पोलराइज़ेशन जादू कोण कताई (CP/MAS), नाभिकीय चुबकीय अनुनाद (NMR) और स्पेक्ट्रोस्कोपी का इस्तेमाल आमतौर पर सूखे नैनोसेल्यूलोज मॉर्फोलॉजी को चिह्नित करने के लिए किया गया है।

छवि विश्लेषण के साथ सूक्ष्म तकनीकों का एक संयोजन तंतुओं की चौड़ाई के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है, तंतुओं की लंबाई निर्धारित करना अधिक कठिन होता है, क्योंकि अलग-अलग नैनोफाइब्रिल के दोनों सिरों की पहचान करने में कठिनाई होती है।  इसके अलावा, नैनोसेल्युलोज निलंबन सजातीय नहीं हो सकते हैं और इसमें विभिन्न संरचनात्मक घटक शामिल हो सकते हैं, जिनमें सेल्यूलोज नैनोफिब्रिल्स और नैनोफिब्रिल बंडल शामिल हैं। एक निलंबन में एंजाइमेटिक रूप से पूर्व-उपचारित नैनोसेल्यूलोज फाइब्रिल के एक अध्ययन में क्रायो-टीईएम का उपयोग करके आकार और आकार-वितरण स्थापित किया गया था। तंतुओं को सीए के व्यास के साथ मोनो-छितरी हुई पाया गया। 5 एनएम हालांकि कभी-कभी मोटे तंतुओं के बंडल मौजूद थे। ऑक्सीकरण प्रीट्रीटमेंट के साथ अल्ट्रासोनिकेशन के संयोजन से, एएफएम द्वारा 1 एनएम से नीचे पार्श्व आयाम वाले सेलूलोज़ माइक्रोफाइब्रिल्स देखे गए हैं। मोटाई आयाम का निचला सिरा लगभग 0.4 एनएम है, जो सेलूलोज़ मोनोलेयर शीट की मोटाई से संबंधित है। आविष्कार, स्वीडन द्वारा विकसित सीपी/एमएएस एनएमआर द्वारा कुल चौड़ाई निर्धारित की जा सकती है, जिसे नैनोसेल्यूलोज़ (एंजाइमेटिक प्री-ट्रीटमेंट) के लिए काम करने के लिए भी प्रदर्शित किया गया है। एनएमआर-पद्धति से 17 एनएम की औसत चौड़ाई मापी गई है, जो एसईएम और टीईएम के साथ अच्छी तरह मेल खाती है। टीईएम का उपयोग करते हुए, कार्बोक्सिमिथाइलेटेड पल्प से नैनोसेल्यूलोज के लिए 15 एनएम के मूल्यों की सूचना दी गई है। हालांकि, पतले तंतुओं का भी पता लगाया जा सकता है। वैगबर्ग एट अल। लगभग 0.5 meq./g चार्ज घनत्व के साथ एक नैनोसेल्यूलोज के लिए 5-15 एनएम की तंतुमय चौड़ाई की सूचना दी। Isogai के समूह ने 1.5 meq./g के चार्ज घनत्व वाले TEMPO-ऑक्सीडाइज़्ड सेल्युलोज़ के लिए 3–5 nm की तंतुओं की चौड़ाई की सूचना दी।

पल्प केमिस्ट्री का नैनोसेल्यूलोज माइक्रोस्ट्रक्चर पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कार्बोक्सिमिथाइलेशन तंतुओं की सतहों पर आवेशित समूहों की संख्या को बढ़ाता है, जिससे तंतुओं को मुक्त करना आसान हो जाता है और एंजाइमेटिक रूप से पूर्व-उपचारित नैनोसेलुलोज की तुलना में छोटी और अधिक समान तंतुओं की चौड़ाई (5-15 एनएम) होती है, जहां तंतुओं की चौड़ाई 10–30 एनएम थी. नैनोसेल्युलोज की क्रिस्टलीयता और क्रिस्टल संरचना की डिग्री। नैनोसेल्युलोज सेल्युलोज क्रिस्टल I संगठन प्रदर्शित करता है और नैनोसेल्यूलोज की तैयारी से क्रिस्टलीयता की डिग्री अपरिवर्तित होती है। क्रिस्टलीयता की डिग्री के लिए विशिष्ट मान लगभग 63% थे।

चिपचिपापन
नैनोसेल्युलोज फैलाव के रियोलॉजी की जांच की गई है। और पता चला कि भंडारण और हानि मापांक 0.125% से 5.9% के बीच सभी नैनोसेल्यूलोज सांद्रता पर कोणीय आवृत्ति से स्वतंत्र थे। भंडारण मापांक मान विशेष रूप से उच्च हैं (104 पा 3% एकाग्रता पर) सेल्युलोज नैनोव्हिस्कर्स (3% एकाग्रता पर 102 पा) के परिणामों की तुलना में। एक मजबूत एकाग्रता निर्भरता भी है क्योंकि भंडारण मापांक परिमाण के 5 आदेशों को बढ़ाता है यदि एकाग्रता 0.125% से 5.9% तक बढ़ जाती है। नैनोसेल्युलोज जैल अत्यधिक कतरनी थिनिंग भी हैं (कतरनी बलों के परिचय पर चिपचिपाहट खो जाती है)। विभिन्न कोटिंग अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला में कतरनी-पतली व्यवहार विशेष रूप से उपयोगी है।

यांत्रिक गुण
क्रिस्टलीय सेल्युलोज की कठोरता लगभग 140–220 GPa होती है, जो कि केवलर की तुलना में और ग्लास फाइबर की तुलना में बेहतर होती है, दोनों का व्यावसायिक रूप से प्लास्टिक को सुदृढ़ करने के लिए उपयोग किया जाता है। नैनोसेल्युलोज से बनी फिल्मों में उच्च शक्ति (200 एमपीए से अधिक), उच्च कठोरता (लगभग 20 जीपीए) होती है लेकिन उच्च तनाव की कमी (12%)। इसकी ताकत/वजन अनुपात स्टेनलेस स्टील का 8 गुना है। नैनोसेल्युलोज से बने फाइबर में उच्च शक्ति (1.57 GPa तक) और कठोरता (86 GPa तक) होती है।

बैरियर गुण
अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर में, क्रिस्टलीय क्षेत्रों को गैस अभेद्य माना जाता है। अपेक्षाकृत उच्च क्रिस्टलीयता के कारण, मजबूत इंटर-फाइब्रिलर बॉन्ड (उच्च चिपकने वाला ऊर्जा घनत्व) द्वारा एक साथ रखे गए घने नेटवर्क को बनाने के लिए नैनोफिबर्स की क्षमता के संयोजन में, यह सुझाव दिया गया है कि नैनोसेल्यूलोस बाधा सामग्री के रूप में कार्य कर सकता है।  हालांकि रिपोर्ट किए गए ऑक्सीजन पारगम्यता मूल्यों की संख्या सीमित है, रिपोर्ट में नैनोसेल्यूलोज फिल्मों के लिए उच्च ऑक्सीजन बाधा गुण हैं। एक अध्ययन ने 0.0006 (सेमी3 µm)/(m2 दिन केपीए) सीए के लिए। 23 डिग्री सेल्सियस और 0% आरएच पर 5 माइक्रोमीटर पतली नैनोसेल्यूलोज फिल्म। एक संबंधित अध्ययन में, जब पीएलए सतह पर एक नैनोसेल्यूलोज परत जोड़ी गई थी, तो पॉलीलैक्टाइड (पीएलए) फिल्म की ऑक्सीजन पारगम्यता में 700 गुना से अधिक की कमी दर्ज की गई थी।

फिल्म ऑक्सीजन पारगम्यता पर नैनोसेल्यूलोज फिल्म घनत्व और सरंध्रता के प्रभाव का पता लगाया गया है। कुछ लेखकों ने नैनोसेल्युलोज फिल्मों में महत्वपूर्ण सरंध्रता की सूचना दी है,  जो उच्च ऑक्सीजन अवरोधक गुणों के साथ विरोधाभासी प्रतीत होता है, जबकि Aulin et al। क्रिस्टलीय सेलुलोज (सेल्यूलोज Iß क्रिस्टल संरचना, 1.63 g/cm3) के घनत्व के करीब एक नैनोसेल्यूलोज फिल्म घनत्व मापा गया3) शून्य के करीब सरंध्रता के साथ एक बहुत सघन फिल्म का संकेत।

सेल्युलोज नैनोपार्टिकल की सतह की कार्यक्षमता को बदलने से नैनोसेल्यूलोज फिल्मों की पारगम्यता भी प्रभावित हो सकती है। नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सेलूलोज़ नैनोव्हिस्कर्स से बनी फिल्में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों के पारगम्यता को प्रभावी ढंग से कम कर सकती हैं, जबकि तटस्थ आयनों को लगभग अप्रभावित छोड़ देते हैं। सकारात्मक रूप से आवेशित आयन झिल्ली में जमा पाए गए।

मल्टी-पैरामीट्रिक सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस प्राकृतिक, संशोधित या लेपित नैनोसेल्यूलोज के अवरोधक गुणों का अध्ययन करने के तरीकों में से एक है। विभिन्न दूषणरोधी, नमी, विलायक, रोगाणुरोधी बाधा निर्माण गुणवत्ता को नैनोस्केल पर मापा जा सकता है। सोखना कैनेटीक्स के साथ-साथ सूजन की डिग्री को वास्तविक समय और लेबल-मुक्त में मापा जा सकता है।

लिक्विड क्रिस्टल, कोलाइडल ग्लास, और हाइड्रोजेल
उनके अनिसोट्रोपिक आकार और सतह के आवेश के कारण, नैनोसेलुलोज (ज्यादातर कठोर सीएनसी) में एक उच्च बहिष्कृत आयतन होता है और एक महत्वपूर्ण आयतन अंश से परे कोलेस्टेरिक तरल क्रिस्टल में आत्म-इकट्ठा होता है। कण स्तर पर दाएं हाथ के मुड़ने के कारण नैनोसेल्यूलोज तरल क्रिस्टल बाएं हाथ के होते हैं। आयनिक चार्ज स्क्रीनिंग के लिए नैनोसेल्यूलोज चरण व्यवहार अतिसंवेदनशील है। आयनिक शक्ति में वृद्धि आकर्षक चश्मे में नैनोसेल्यूलोज फैलाव की गिरफ्तारी को प्रेरित करती है। आयनिक शक्ति में और वृद्धि होने पर, नैनोसेलुलोस हाइड्रोजेल में एकत्रित हो जाते हैं।

बल्क फोम और aerogels
नैनोसेल्युलोज का उपयोग एरोजेल/फोम बनाने के लिए भी किया जा सकता है, या तो सजातीय रूप से या समग्र योगों में। polystyrene-आधारित फोम को बदलने के लिए पैकेजिंग अनुप्रयोगों के लिए नैनोसेल्यूलोज-आधारित फोम का अध्ययन किया जा रहा है। स्वगन एट अल। दिखाया गया है कि नैनोसेल्युलोज में फ्रीज-सुखाने की तकनीक का उपयोग करके स्टार्च फोम को मजबूत करने की क्षमता है। लकड़ी आधारित लुगदी फाइबर के बजाय नैनोसेल्यूलोस का उपयोग करने का लाभ यह है कि नैनोफाइब्रिल स्टार्च फोम में पतली कोशिकाओं को मजबूत कर सकते हैं। इसके अलावा, विभिन्न फ्रीज-सुखाने और सुपर क्रिटिकल को लागू करने वाले शुद्ध नैनोसेल्यूलोज एरोजेल तैयार करना संभव है सुखाने की तकनीक। एरोगल्स और फोम्स को झरझरा टेम्पलेट्स के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।  सेहाकी एट अल द्वारा सेल्युलोज I नैनोफिब्रिल सस्पेंशन से तैयार किए गए कठिन अल्ट्रा-हाई पोरोसिटी फोम का अध्ययन किया गया। फोम में घनत्व और नैनोफिब्रिल इंटरैक्शन को नियंत्रित करके संपीड़न सहित यांत्रिक गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त की गई थी। सेल्युलोज नैनोव्हिस्कर्स को कम शक्ति वाले सोनिकेशन के तहत पानी में जेल बनाने के लिए भी बनाया जा सकता है, जो उच्चतम रिपोर्ट किए गए सतह क्षेत्र (>600m2/g) और सेल्युलोज एरोगल्स के सुखाने (6.5%) के दौरान सबसे कम संकोचन के साथ एरोगल्स को जन्म देता है। औलिन एट अल द्वारा एक अन्य अध्ययन में, फ्रीज-सुखाने द्वारा नैनोसेल्यूलोज के संरचित झरझरा एरोगल्स के निर्माण का प्रदर्शन किया गया। फ्रीज-सुखाने से पहले नैनोसेल्यूलोज फैलाव की एकाग्रता का चयन करके एरोगल्स के घनत्व और सतह की बनावट को ट्यून किया गया था। फ्लोरिनेटेड silane के रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थ/तेल के प्रति उनके गीले गुणों को ट्यून करने के लिए समान रूप से एयरजेल को कोट करने के लिए किया गया था। लेखकों ने प्रदर्शित किया कि फ्रीज-सुखाने की तकनीक और नैनोसेल्यूलोज फैलाव की एकाग्रता में परिवर्तन द्वारा बनाई गई खुरदरापन और सरंध्रता के विभिन्न पैमानों का उपयोग करके, सुपर-वेटिंग और सुपर-विकर्षक के बीच सेल्यूलोज सतहों के वेटेबिलिटी व्यवहार को स्विच करना संभव है। हालांकि बैक्टीरिया के ग्लूकोनोबैक्टर उपभेदों द्वारा उत्पन्न सेल्युलोज पर फ्रीज-सुखाने की तकनीक का उपयोग करके संरचित झरझरा सेलूलोज़ फोम भी प्राप्त किया जा सकता है, जो सेल्युलोज फाइबर के खुले झरझरा नेटवर्क को जैव-संश्लेषित करता है जिसमें अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में नैनोफिब्रिल होते हैं। ओल्सन एट अल। ने प्रदर्शित किया कि इन नेटवर्कों को मेटलहाइड्रॉक्साइड/ऑक्साइड अग्रदूतों के साथ और अधिक संसेचित किया जा सकता है, जो आसानी से सेल्यूलोज नैनोफिबर्स के साथ ग्राफ्टेड चुंबकीय नैनोकणों में परिवर्तित हो सकते हैं। चुंबकीय सेल्यूलोज फोम नैनोसेल्यूलोज के कई उपन्यास अनुप्रयोगों की अनुमति दे सकता है और 60 मिलीग्राम सेलूलोज़ एयरजेल फोम के भीतर 1 ग्राम पानी को अवशोषित करने वाले पहले दूर से सक्रिय चुंबकीय सुपर स्पंज की सूचना दी गई थी। विशेष रूप से, इन अत्यधिक झरझरा फोमों (>98% हवा) को मजबूत चुंबकीय नैनोपेपर में संकुचित किया जा सकता है, जो विभिन्न अनुप्रयोगों में कार्यात्मक झिल्ली के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

पिकरिंग इमल्शन और फोम
नैनोसेलुलोज एक पिकरिंग तंत्र द्वारा इमल्शन और फोम को स्थिर कर सकते हैं, यानी वे तेल-पानी या हवा-पानी के इंटरफेस पर सोखते हैं और अपने ऊर्जावान प्रतिकूल संपर्क को रोकते हैं। नैनोसेल्युलोज 4-10 माइक्रोन की सीमा में छोटी बूंद के आकार के साथ पानी में तेल का पायस बनाते हैं जो महीनों तक स्थिर रहते हैं और उच्च तापमान और पीएच में परिवर्तन का विरोध कर सकते हैं। Nanocelluloses तेल-पानी इंटरफ़ेस तनाव को कम करते हैं और उनका सतह आवेश पायस की बूंदों के भीतर इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को प्रेरित करता है। नमक-प्रेरित चार्ज पर बूंदों के एकत्रीकरण की जांच की जाती है, लेकिन सहसंयोजन (रसायन विज्ञान) से नहीं गुजरते हैं, जो मजबूत स्टेरिक स्थिरीकरण का संकेत देते हैं। इमल्शन की बूंदें मानव पेट में भी स्थिर रहती हैं, जिससे नैनोसेल्यूलोज स्थिर इमल्शन lipophilic दवाओं के लिए एक दिलचस्प मौखिक वितरण प्रणाली बन जाती है। इमल्शन के विपरीत, नेटिव नैनोसेलुलोज़ आमतौर पर फोम के पिकरिंग स्थिरीकरण के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं, जो कि उनके मुख्य रूप से हाइड्रोफिलिक सतह गुणों के लिए जिम्मेदार होता है, जिसके परिणामस्वरूप 90 डिग्री से नीचे एक प्रतिकूल संपर्क कोण होता है (वे जलीय चरण द्वारा अधिमानतः गीले होते हैं)। जल विरोधी सतह संशोधनों या बहुलक ग्राफ्टिंग का उपयोग करके, सतह हाइड्रोफोबिसिटी और नैनोसेल्यूलोज के संपर्क कोण को बढ़ाया जा सकता है, जिससे फोम के पिकरिंग स्थिरीकरण की भी अनुमति मिलती है। सतही हाइड्रोफोबिसिटी को और अधिक बढ़ाकर, उलटा पानी-में-तेल इमल्शन प्राप्त किया जा सकता है, जो 90 डिग्री से अधिक संपर्क कोण को दर्शाता है। आगे यह प्रदर्शित किया गया कि नैनोसेल्युलोज दो असंगत पानी में घुलनशील पॉलिमर की उपस्थिति में पानी में पानी के पायस को स्थिर कर सकते हैं।

सेल्युलोज नैनोफाइबर प्लेट (सीएनएफपी)
कम घनत्व, उच्च शक्ति और क्रूरता, और महान तापीय आयामी स्थिरता के साथ एक उच्च प्रदर्शन वाली थोक सामग्री बनाने के लिए नीचे से ऊपर के दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है। सेल्युलोज नैनोफाइबर हाइड्रोजेल जैवसंश्लेषण द्वारा बनाया जाता है। इसके बाद हाइड्रोजेल को पॉलीमर सॉल्यूशन या सरफेस मॉडिफिकेशन से ट्रीट किया जा सकता है और फिर 80 डिग्री सेल्सियस पर हॉट-प्रेस किया जाता है। परिणाम उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी के साथ थोक सामग्री है। "CNFP में अल्ट्राफाइन नैनोफाइबर नेटवर्क संरचना के परिणामस्वरूप अधिक व्यापक हाइड्रोजन बॉन्डिंग, उच्च इन-प्लेन ओरिएंटेशन, और माइक्रोफिब्रिल नेटवर्क के" तीन तरह से ब्रांचिंग पॉइंट "होते हैं।" यह संरचना सीएनएफपी को तनाव वितरित करके और दरार गठन और प्रसार के लिए बाधाओं को जोड़कर अपनी उच्च शक्ति प्रदान करती है। इस संरचना की कमजोर कड़ी दबी हुई परतों के बीच का बंधन है जिससे प्रदूषण हो सकता है। प्रदूषण को कम करने के लिए, हाइड्रोजेल को सिलिकिक एसिड के साथ इलाज किया जा सकता है, जो गर्म दबाव के दौरान परतों के बीच मजबूत सहसंयोजक क्रॉस-लिंक बनाता है।

भूतल संशोधन
नैनोसेल्युलोज के सतह संशोधन पर वर्तमान में काफी ध्यान दिया जा रहा है। नैनोसेल्युलोज सतह पर हाइड्रॉक्सिल समूहों की उच्च सांद्रता प्रदर्शित करता है जिस पर प्रतिक्रिया की जा सकती है। हालाँकि, हाइड्रोजन बॉन्डिंग सतह के हाइड्रॉक्सिल समूहों की प्रतिक्रियाशीलता को दृढ़ता से प्रभावित करती है। इसके अलावा, विभिन्न बैचों के बीच स्वीकार्य पुनरुत्पादन प्राप्त करने के लिए सतह संशोधन से पहले ग्लूकोसिडिक और लिग्निन अंशों जैसे नैनोसेल्यूलोज की सतह पर अशुद्धियों को हटाने की आवश्यकता होती है।

सुरक्षा पहलू
घर्षण पीस या स्प्रे सुखाने के दौरान नैनोसेल्यूलोज के प्रसंस्करण से महीन कणों का महत्वपूर्ण जोखिम नहीं होता है। नैनोसेल्युलोज के संपर्क में आने के बाद माउस या मानव मैक्रोफेज पर भड़काऊ प्रभाव या साइटोटोक्सिसिटी का कोई सबूत नहीं देखा जा सकता है। विषाक्तता अध्ययन के परिणाम बताते हैं कि नैनोसेल्युलोज साइटोटॉक्सिक नहीं है और मैक्रोफेज में भड़काऊ प्रणाली पर कोई प्रभाव नहीं डालता है। इसके अलावा, पर्यावरण की दृष्टि से प्रासंगिक सांद्रता में अलीविब्रियो फिशरी के लिए नैनोसेल्यूलोस तीव्र रूप से जहरीला नहीं है।

संभावित अनुप्रयोग
नैनोसेलुलोज के गुण (जैसे यांत्रिक गुण, फिल्म बनाने के गुण, चिपचिपाहट आदि) इसे कई अनुप्रयोगों के लिए एक दिलचस्प सामग्री बनाते हैं।



कागज और गत्ता
कागज और पेपरबोर्ड निर्माण के क्षेत्र में, नैनोसेल्यूलोज़ से फाइबर-फाइबर बंधन शक्ति को बढ़ाने की उम्मीद है और इसलिए, कागज सामग्री पर एक मजबूत सुदृढीकरण प्रभाव पड़ता है।  नैनोसेल्युलोज ग्रीस-प्रूफ प्रकार के पेपर में बाधा के रूप में उपयोगी हो सकता है और कमोडिटी प्रकार के पेपर और बोर्ड उत्पादों में प्रतिधारण, सूखी और गीली ताकत बढ़ाने के लिए गीले-अंत योजक के रूप में उपयोगी हो सकता है।    यह दिखाया गया है कि कागज और पेपरबोर्ड की सतह पर कोटिंग सामग्री के रूप में सीएनएफ लगाने से बाधा गुणों में सुधार होता है, विशेष रूप से वायु प्रतिरोध <रेफ नाम = कुमार 3603-3613> और तेल/तेल प्रतिरोध।  यह पेपरबोर्ड (चिकनी सतह) की संरचना गुणों को भी बढ़ाता है। रेफरी> कम ठोस सामग्री पर एमएफसी/सीएनएफ निलंबन की बहुत अधिक चिपचिपाहट कोटिंग तकनीकों के प्रकार को सीमित करती है जिसका उपयोग इन निलंबन को पेपर/पेपरबोर्ड पर लागू करने के लिए किया जा सकता है। पेपर/पेपरबोर्ड पर MFC सतह के अनुप्रयोग के लिए उपयोग की जाने वाली कुछ कोटिंग विधियाँ रॉड कोटिंग हैं,  आकार प्रेस, <रेफ नाम = लेवोइन 2879–2893 /> स्प्रे कोटिंग, रेफरी> फोम कोटिंग  रेफरी> और स्लॉट-डाई कोटिंग। <रेफ नाम = कुमार 3603-3613 /> पेपरबोर्ड के बाधा, यांत्रिक और मुद्रण गुणों में सुधार के लिए खनिज पिगमेंट और एमएफसी मिश्रण के गीले-अंत सतह अनुप्रयोग का भी पता लगाया जा रहा है। रेफरी>

नैनोसेल्युलोज का उपयोग लचीला और वैकल्पिक रूप से पारदर्शी कागज तैयार करने के लिए किया जा सकता है। इस तरह का कागज इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एक आकर्षक सब्सट्रेट है क्योंकि यह पुन: प्रयोज्य है, जैविक वस्तुओं के साथ संगत है, और आसानी से जैव अवक्रमण है।

समग्र
जैसा कि ऊपर बताया गया है, नैनोसेल्युलोज के गुण प्लास्टिक को मजबूत करने के लिए एक दिलचस्प सामग्री बनाते हैं। नैनोसेल्युलोज को तंतुओं में काटा जा सकता है जो मकड़ी के रेशम की तुलना में अधिक मजबूत और कठोर होते हैं। नैनोसेल्युलोज को थर्मोसेटिंग रेजिन, स्टार्च-आधारित मैट्रिक्स, मैं प्रोटीन हूं, रबर लेटेक्स, पाली लैक्टिक अम्ल | पॉली (लैक्टाइड) के यांत्रिक गुणों में सुधार करने के लिए सूचित किया गया है। हाइब्रिड सेल्युलोज नैनोफाइब्रिल्स-मिट्टी के खनिज कंपोजिट दिलचस्प यांत्रिक, गैस अवरोधक और अग्निरोधी गुणों को प्रस्तुत करते हैं। समग्र अनुप्रयोग कोटिंग्स और फिल्मों के रूप में उपयोग के लिए हो सकते हैं, पेंट, फोम, पैकेजिंग।

खाना
नैनोसेल्युलोज का उपयोग विभिन्न प्रकार के खाद्य उत्पादों में थिकनेस, फ्लेवर कैरियर्स और सस्पेंशन स्टेबलाइजर्स के रूप में उपयोग किए जाने वाले कार्बोहाइड्रेट एडिटिव्स के लिए कम कैलोरी प्रतिस्थापन के रूप में किया जा सकता है। यह फिलिंग, क्रश, चिप्स, वेफर्स, सूप, ग्रेवी, पुडिंग आदि के उत्पादन के लिए उपयोगी है। खाद्य अनुप्रयोग नैनोसेल्यूलोज जेल के रियोलॉजिकल व्यवहार से उत्पन्न होते हैं।

स्वच्छता और शोषक उत्पाद
इस क्षेत्र में अनुप्रयोगों में शामिल हैं: सुपर पानी शोषक सामग्री (जैसे असंयम पैड सामग्री के लिए), सुपर अवशोषक पॉलिमर के साथ नैनोसेल्यूलोज़, ऊतक में नैनोसेल्यूलोस, गैर-बुने हुए उत्पाद या अवशोषक संरचनाएं और एंटीमिक्राबियल फिल्मों के रूप में उपयोग किया जाता है।

पायस और फैलाव
अन्य क्षेत्रों में पायस और फैलाव अनुप्रयोगों के सामान्य क्षेत्र में नैनोसेल्युलोज के संभावित अनुप्रयोग हैं।

चिकित्सा, कॉस्मेटिक और दवा
सौंदर्य प्रसाधन और फार्मास्यूटिकल्स में नैनोसेल्युलोज के उपयोग का सुझाव दिया गया है:
 * सैनिटरी नैपकिन, टैम्पोन, डायपर या घाव की ड्रेसिंग के रूप में उपयोग किए जाने वाले फ्रीज-ड्राइड नैनोसेलुलोज एरोगल्स
 * सौंदर्य प्रसाधनों में समग्र कोटिंग एजेंट के रूप में नैनोसेल्यूलोज का उपयोग उदा। बालों, पलकों, भौहों या नाखूनों के लिए
 * आंतों के विकारों के इलाज के लिए गोलियों के रूप में एक सूखी ठोस नैनोसेल्यूलोज संरचना
 * जैविक यौगिकों की स्क्रीनिंग के लिए नैनोसेल्यूलोज फिल्म और जैविक यौगिक को एन्कोडिंग करने वाले न्यूक्लिक एसिड
 * ल्यूकोसाइट मुक्त रक्त आधान के लिए आंशिक रूप से नैनोसेल्यूलोज पर आधारित फ़िल्टर माध्यम
 * एक बुकोडेंटल फॉर्मूलेशन, जिसमें नैनोसेल्यूलोज़ और एक पॉलीहाइड्रोक्साइलेटेड कार्बनिक यौगिक शामिल है
 * चूर्णित नैनोसेल्युलोज का सुझाव फार्मास्युटिकल रचनाओं में एक उत्तेजक पदार्थ के रूप में भी दिया गया है
 * एक फोटोरिएक्टिव हानिकारक पदार्थ शुद्ध करने वाले एजेंट की रचनाओं में नैनोसेल्यूलोज
 * संभावित बायोमेडिकल और बायोटेक्नोलॉजिकल एप्लिकेशन के लिए इलास्टिक क्रायो-स्ट्रक्चर्ड जैल।
 * लकड़ी आधारित नैनोसेल्यूलोज हाइड्रोजेल में 3डी सेल कल्चर

जैव-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा भंडारण
नैनोसेल्युलोज एक नए प्रकार के जैव-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है जहां नए इंटरएक्टिव फाइबर, फिल्म, एरोजेल, हाइड्रोजेल और पेपर के निर्माण को सक्षम करने के लिए इंटरएक्टिव सामग्री को नैनोसेल्यूलोज के साथ मिलाया जाता है। उदा. PEDOT:PSS जैसे कंडक्टिंग पॉलीमर के साथ मिलाए गए नैनोसेलुलोज सहक्रियात्मक प्रभाव दिखाते हैं जिसके परिणामस्वरूप असाधारण मिश्रित विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता और चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक) चालकता, जो ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। नैनोसेल्युलोज और कार्बन नैनोट्यूब के मिश्रण से बने तंतु अच्छी चालकता और यांत्रिक गुण दिखाते हैं। कार्बन नैनोट्यूब से सजाए गए नैनोसेलुलोज एरोगल्स को मजबूत कंप्रेसिबल 3डी supercapacitor डिवाइस में बनाया जा सकता है। नैनोसेल्युलोज से संरचनाओं को जैव-आधारित सामग्री में परिवर्तित किया जा सकता है | जैव-आधारित ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव बिजली पैदा करने वाला और सेंसर।

फैशन के लिए जैव-आधारित सेक्विन
सेल्युलोज नैनोक्रिस्टल ने स्व-संगठन को चिरल नेमैटिक संरचनाओं में संभावना दिखाई है कोण पर निर्भर इंद्रधनुषी रंगों के साथ। इस प्रकार पूरी तरह से निर्माण करना संभव है बायो-टेक्नोलॉजी-टू-क्रिएट-टू-कलरफुल-शिमरिंग-[[सेक्विन]-फ्रॉम-वुड-दैट-अर्स-कम्पोस्टेबल-एंड-मेड-विद-ए-वेस्ट-फ्री-प्रोसेस/बायो-बेस्ड सेक्विन] जिसमें मैटेलिक चमक और एक छोटा सा जीवाश्म आधारित सेक्विन की तुलना में पदचिह्न।

अन्य संभावित अनुप्रयोग

 * अल्ट्रा-व्हाइट कोटिंग्स के लिए अत्यधिक बिखरने वाली सामग्री के रूप में।
 * विभिन्न सॉल्वैंट्स में सेलूलोज़ के विघटन को सक्रिय करें
 * पुनर्जीवित सेल्यूलोज उत्पाद, जैसे कि फाइबर फिल्म, सेल्यूलोज डेरिवेटिव
 * तम्बाकू फिल्टर योज्य
 * बैटरी विभाजक में ऑर्गेनोमेटेलिक संशोधित नैनोसेलुलोज
 * प्रवाहकीय सामग्री का सुदृढीकरण
 * लाउड-स्पीकर ध्वनिक झिल्ली
 * उच्च प्रवाह कृत्रिम झिल्ली
 * कंप्यूटर घटकों
 * कैपेसिटर
 * लाइटवेट बॉडी आर्मर और बैलिस्टिक ग्लास * संक्षारण अवरोधक
 * रेडियो लेंस

वाणिज्यिक उत्पादन
हालांकि लकड़ी से चलने वाले नैनोसेलुलोज का पहली बार निर्माण 1983 में हेरिक द्वारा किया गया था और तुर्बक, मुख्य रूप से उच्च उत्पादन ऊर्जा खपत और उच्च उत्पादन लागत के कारण इसका वाणिज्यिक उत्पादन 2010 तक स्थगित कर दिया गया। इनवेंटिया एबी (स्वीडन) ने 2010 में पहला नैनोसेल्यूलोज पायलट प्रोडक्शन प्लांट स्थापित किया। माइक्रो और नैनो फाइब्रिलेटेड सेल्युलोज का सक्रिय रूप से उत्पादन करने वाली कंपनियों और अनुसंधान संस्थानों में शामिल हैं: अमेरिकन प्रोसेस (यूएस), बोरेगार्ड (नॉर्वे), सेलुकॉम्प (यूके), चुएत्सु पल्प एंड पेपर (जापान), सीटीपी/एफसीबीए (फ्रांस), डायसेल (जापान), दाई -इची क्योगो (जापान), एम्पा (स्विट्जरलैंड), फाइबरलीन टेक्नोलॉजीज (यूके), इनोफिब (फ्रांस), नैनो नोविन पॉलिमर कंपनी (ईरान), निप्पॉन पेपर (जापान), नॉर्स्के स्कोग (नॉर्वे), ओजी पेपर (जापान), RISE (स्वीडन), SAPPI (नीदरलैंड्स), Seiko PMC (जापान), Stora Enso (फिनलैंड), Sugino Machine (जापान), Suzano (ब्राज़ील), Tianjin Haojia Cellulose Co. Ltd (चीन), Maine विश्वविद्यालय (US), UPM (फिनलैंड), US फ़ॉरेस्ट प्रोडक्ट लैब (US), VTT (फ़िनलैंड), और Weidmann फ़ाइबर टेक्नोलॉजी (स्विट्जरलैंड)। सक्रिय रूप से सेल्युलोज नैनोक्रिस्टल का उत्पादन करने वाली कंपनियों और अनुसंधान संस्थानों में शामिल हैं: अल्बर्टा इनोवेट्स (कनाडा), अमेरिकन प्रोसेस (यूएस), ब्लू गूज बायोरिफाइनरीज (कनाडा), सेल्यूफोर्स (कनाडा), एफपीइनोवेशन (कनाडा), हांग्जो येउहा टेक्नोलॉजी कंपनी (चीन), मेलोडिया ( इज़राइल/स्वीडन), स्वीटवाटर एनर्जी (यूएस), टियांजिन हाओजिया सेल्युलोज कंपनी लिमिटेड (चीन) और यूएस फॉरेस्ट प्रोडक्ट्स लैब (यूएस)। सक्रिय रूप से सेल्युलोज फिलामेंट्स का उत्पादन करने वाली कंपनियों और अनुसंधान संस्थानों में शामिल हैं: क्रूगर (कनाडा), परफॉर्मेंस बायोफिलामेंट्स (कनाडा), और टियांजिन हाओजिया सेल्यूलोज कंपनी लिमिटेड (चीन)।

यह भी देखें

 * सेल्युलोज
 * सेल्युलोज फाइबर
 * माइक्रोक्रिस्टलाइन सेलुलोज
 * समग्र सामग्री