Modification of Cellulose with ZnO Nanoparticles: From Sugarcane Bagasse to Antimicrobial Composite

Abstract

Волокна целюлози були вилучені з жому цукрової тростини і потім модифіковані наночастинками (НЧ) ZnO за допомогою золь-гель процесу з використанням оксим-модифікованого прекурсора Zn [ZnCl2.2{HONC(CH3)2}] у різних вагових співвідношеннях, щоб зробити їх антимікробними. Модифіковані ZnO волокна целюлози додатково характеризувались інфрачервоною спектроскопією з перетворенням Фур'є (FTIR), рентгенівською дифракцією (XRD) та скануючою електронною мікроскопією (SEM). Отримані результати підтвердили наявність добре диспергованих НЧ гексагонального вюрцита ZnO на поверхні целюлози. Більш низькі значення ширини забороненої зони (2,87-2,48 еВ) спостерігалися в модифікованій ZnO целюлозі в порівнянні з чистими НЧ ZnO (~ 3,3 еВ). Антибактеріальну активність досліджували щодо Staphylococcus aureus і Escherichia coli при різних співвідношеннях (1:1, 1:2 і 1:3) і концентраціях (1,5·200 мг·мл – 1) модифікованої ZnO целюлози. Протигрибкову активність модифікованої ZnO целюлози (1:1) оцінювали щодо Aspergillus niger, Phanerochaete chrysosporium і Geotrichum candidum. Співвідношення 1:1 модифікованої ZnO целюлози при випробуваній концентрації помітно інгібувало ріст міцелію гриба. Протигрибкова ефективність модифікованої ZnO целюлози залежала від концентрації досліджуваного зразка, тому максимальне інгібування росту міцелію відбувалося при найвищій концентрації (5 мг).

Cellulose fibers were extracted from sugarcane bagasse and then modified with ZnO nanoparticles (NPs) by a sol-gel process using an oxime modified Zn precursor [ZnCl2.2{HONC(CH3)2}] in different gram ratios to make them antimicrobial. ZnO modified cellulose fibers were further characterized by Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) studies. Obtained results confirmed well-dispersed hexagonal wurtzite ZnO NPs onto the surface of cellulose. Lower band gaps (2.87-2.48 eV) were observed in ZnO modified cellulose as compared to pure ZnO NPs (~ 3.3 eV). Antibacterial activities were examined against Staphylococcus aureus and Escherichia coli in different ratios (1:1, 1:2 and 1:3) and concentrations (1.5 to 200 mg·ml – 1) of ZnO modified cellulose. The antifungal activity of ZnO modified cellulose (1:1) was evaluated against Aspergillus niger, Phanerochaete chrysosporium, and Geotrichum candidum. ZnO modified cellulose ratio of 1:1 at the tested concentration remarkably inhibited the mycelial growth of the fungus. The antifungal efficacy of ZnO modified cellulose depended on the concentration of the sample concerned, therefore maximal inhibition of mycelia growth occurred at the highest concentration (5 mg).