Forskning

• Material för miljön
• Helt biobaserade membran/filter för vattenrening
• Ytkemi och interaktioner, mekaniska egenskaper, viskoelastiska egenskaper, in situ SAXS
• Atomkraftsmikroskopi (förstå egenskaper i nanoskala, kolloidal sond)

Material för hälsa

• Biobaserat material för medicinska tillämpningar
• Vävnadsteknik, sårförband, antifouling och antibakteriella material

Syntes- och bearbetningsmetoder för hållbara material

• Nanocellulosa och nanochitin isolering och karakterisering
• Design av återvinning och cirkularitet av material
• Bearbetning och karakterisering av bionanokompositer, hybrider och tvärbundna polymerer

Pågående projekt

Katalytisk fraktionering av skogsrester och återvunna textilier för att generera material och kemikalier)

Mistra Safechem, 2020-2024

Forskningsprogrammet Safe and Efficient Chemistry by Design (SafeChem) syftar till att förbättra industrins förmåga att minska farlig kemikalieexponering för människor och miljön genom implementering av det verktyg som utvecklats inom programmet.

Cirkularitet av material och förlängning av värdekedjan för producerade varor är ett område av yttersta relevans i gröna och hållbara industrier och samhällen. Den här uppgiften kommer att fokusera på återvinning och omvandling av bomullsbaserade textilier samt fraktionering och omvandling av lågvärderade lignocellulosaråvaror som toppar, rötter och grenar från skogsbruket till kemikalier, nanocellulosa och förnybara produkter framställda av dessa material.

Projektet sker i samarbete med textil-, skogs- samt biobränsle- och kemisk industri.

3D-utskrift av biobaserade filter funktionaliserade med nanocellulosa för vattenrening

Wallenberg Wood Science Center Finansiering, Functional Materials Research vid Stockholms universitet, 2019-2022 (www.wwsc.se)

Det övergripande projektet syftar till att utveckla nya vägar för att bearbeta och producera filter genom 3D-utskrivet material. Den aktiva delen i filtren kommer att baseras på nanokompositer med nanocellulosa som komponenter, för att belysa hur porositeten och ytkemin kan skräddarsys för att ge högt vattenflöde, hög separationseffektivitet och långtidsstabilitet i våt miljö.

Förstå nanocellulosahybridmembran med hjälp av avancerad atomkraftsmikroskopi (AFM), Raman/NMR-spektroskopi, röntgenspridning och beräkningskemi

Vetenskapsrådet (2018-2021)

Projektet utvecklar experimentella procedurer för att undersöka biobaserade hybrider i flytande medium/våta förhållanden med hjälp av atomkraftsmikroskopi och spektroskopi och in situ röntgenspridning, kombinerat med beräkningskemi, är tänkt i projektet för att utvärdera och förutsäga självmontering mellan nanocellulosa och andra nanopartiklar och förstå hur de självmonterade morfologierna driver porstrukturbildningen och adsorptionen i biobaserade membran och filter som används för vattenrening.

Mistra, Smarta material, TERRACLEAN 2017-2024
www.mistraterraclean.com

Oavsett källan måste reningstekniken förbättras. Inte minst eftersom dagens lösningar som ofta bygger på olika typer av filter och membran inte kan fånga in alla typer av föroreningar, framförallt inte ämnen som förekommer i små mängder. Här bidrar vi med lösningar för att utveckla smarta material ör att utveckla smarta material för borttagning av kemiska ämnen, avfall och föroreningar från omgivande vatten och luft i miljön och industriavlopp.

Tidigare finansiering

Projektkoordinator: FP7-NMP-2011-SMALL-5, förslagets referensnummer: 280519-2 2011, budget: 4 miljoner euro, samordnare, 2012-2016

Principal Investigator:

• Wallenberg Wood Science Center Finansiering, Funktionell materialforskning vid Stockholms universitet, 2015-2019
• Stockholms universitets fakultetsstöd, 2015-2019
• VR 2013, 2014-2017.; Svenska forskningslänkar
• Internationella forskningsanslag, Sydafrika, 2009-2011
• Svenska forskningslänkar, Internationella forskningsanslag, Indien 2009-2011
• Nanomembran för rening av gaser och vätskor, Innovationsbron, (2009)
• Biobaserade byggnadsställningar, membran och hydrogeler för förbättrad sårläkning och benregenerering (Bioheal) 
• Svenska forskningslänkar, Internationellt samarbete: 2017-2020

Partner: CEREAL (ERANET-SUSFOOD, 2014–2017; n-POSSCOG, nr: 2011-02071 MNT-ERA.NET

Transnationell utlysning 2011; H2020, NanoTextsurf, 2017-2020. www.nanotextsurf.eu

I urval från Stockholms universitets publikationsdatabas

• 3D printing of cellulose/leaf-like zeolitic imidazolate frameworks (CelloZIF-L) for adsorption of carbon dioxide (CO₂) and heavy metal ions

  2023. Hani Nasser Abdelhamid, Sahar Sultan, Aji P. Mathew. Dalton Transactions 52 (10), 2988-2998

  Artikel

  Metal–organic frameworks (MOFs) have advanced several technologies. However, it is difficult to market MOFs without processing them into a commercialized structure, causing an unnecessary delay in the material's use. Herein, three-dimensional (3D) printing of cellulose/leaf-like zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-L), denoted as CelloZIF-L, is reported via direct ink writing (DIW, robocasting). Formulating CelloZIF-L into 3D objects can dramatically affect the material's properties and, consequently, its adsorption efficiency. The 3D printing process of CelloZIF-L is simple and can be applied via direct printing into a solution of calcium chloride. The synthesis procedure enables the formation of CelloZIF-L with a ZIF content of 84%. 3D printing enables the integration of macroscopic assembly with microscopic properties, i.e., the formation of the hierarchical structure of CelloZIF-L with different shapes, such as cubes and filaments, with 84% loading of ZIF-L. The materials adsorb carbon dioxide (CO₂) and heavy metals. 3D CelloZIF-L exhibited a CO₂ adsorption capacity of 0.64–1.15 mmol g⁻¹ at 1 bar (0 °C). The materials showed Cu²⁺ adsorption capacities of 389.8 ± 14–554.8 ± 15 mg g⁻¹. They displayed selectivities of 86.8%, 6.7%, 2.4%, 0.93%, 0.61%, and 0.19% toward Fe³⁺, Al³⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Na⁺, and Ca²⁺, respectively. The simple 3D printing procedure and the high adsorption efficiencies reveal the promising potential of our materials for industrial applications.

  Läs mer om 3D printing of cellulose/leaf-like zeolitic imidazolate frameworks (CelloZIF-L) for adsorption of carbon dioxide (CO₂) and heavy metal ions

• CelloZIFPaper: Cellulose-ZIF Hybrid Paper for Heavy Metal Removal and Electrochemical Sensing

  2022. Hani Nasser Abdelhamid (et al.). Chemical Engineering Journal 446

  Artikel

  The processing of hierarchical porous zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-8) into a cellulose paper using sheet former Rapid-Köthen (R.K.) is reported. The procedure is a promising route to overcome a significant bottleneck towards applying metal-organic frameworks (MOFs) in commercial products. ZIF-8 crystals were integrated into cellulose pulp (CP) or TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical)-oxidized cellulose nanofibrils (TOCNF) following an in-situ or ex-situ process; the materials were denoted as CelloZIFPaper_In Situ and CelloZIFPaper_Ex Situ, respectively. The materials were applied as adsorbents to remove heavy metals from water, with adsorption capacities of 66.2–354.0 mg/g. CelloZIFPaper can also be used as a stand-alone working electrode for the selective sensing of toxic heavy metals, for instance, lead ions (Pb²⁺), using electrochemical-based methods with a limit of detection (LOD) of 8 µM. The electrochemical measurements may advance 'Lab-on-CelloZIFPaper' technologies for label-free detection of heavy metal ions.

  Läs mer om CelloZIFPaper

• Citrated cellulose nanocrystals from post-consumer cotton textiles

  2023. Maria-Ximena Ruiz-Caldas (et al.). Journal of Materials Chemistry A

  Artikel

  We propose a new method for the extraction of cellulose nanocrystals (CNCs) from post-consumer cotton textiles through surface functionalization followed by mechanical treatment. Cotton-based textiles were esterified using an 85 wt% solution of citric acid at 100 degrees C, then further fibrillated in a microfluidizer. The final product, citrated cellulose nanocrystals (CitCNCs), was a dispersion of needle-like nanoparticles with high crystallinity. Up to 78 wt% of the cotton fabric was converted to CitCNCs that exhibited higher yields and a higher surface group content than CNCs extracted through H2SO4 hydrolysis, although CitCNCs showed a broader size distribution and decreased thermal stability. Experimental data supported by DFT calculations showed that the carboxyl groups on the CitCNC surface are bonded to cellulose by mono or diester linkages. An early-stage life cycle assessment (LCA) was performed to evaluate the environmental impact of using discarded textiles as a source of cellulose and analyze the environmental performance of the production of CitCNCs. Our work showed a significant reduction in the environmental burden of CNC extraction using post-consumer cotton instead of wood pulp, making clothing a good feedstock. The environmental impact of CitCNC production was mainly dominated by citric acid. As a proof of concept, around 58 wt% of the citric acid was recovered through evaporation and subsequent crystallization, which could reduce climate impact by 40%. With this work, we introduce a catalyst-free route to valorize textiles with the extraction of CitCNCs and how conducting LCA in laboratory-scale processes might guide future development and optimization.

  Läs mer om Citrated cellulose nanocrystals from post-consumer cotton textiles

• 3D-printable biopolymer-based materials for water treatment: A review

  2022. Natalia Fijoł, Andrea Aguilar-Sanchez, Aji P. Mathew. Chemical Engineering Journal 430

  Artikel

  The global environmental concerns drive scientists all over the world to develop eco-friendly and sustainable alternatives to techniques and materials commonly used until now for water treatment applications. The relatively novel Additive manufacturing (AM) technology allows to process materials in a custom optimized, cost and time effective manner, while use of biobased materials minimizes the secondary pollution issue. Combining three-dimensional (3D) printing technology and biopolymer-based materials refines the water treatment industry, as it provides tailored water filtration systems easily available in the disadvantaged areas at low environmental impact and cost due to the raw materials' bio-origin and abundance. This review highlights the combination of various 3D printing techniques such as Fused deposition modelling (FDM), Direct ink wetting (DIW) and Stereolitography (SLA) with nature-derived biopolymers and biopolymerbased materials including chitosan, Polylactic acid (PLA), alginate and Cellulose acetate (CA) for their potential application within the water treatment industry with emphasis on oil separation and metal removal. Moreover, the environmental impact of the revised biopolymers is briefly discussed.

  Läs mer om 3D-printable biopolymer-based materials for water treatment

• In-Situ Growth of Metal Oxide Nanoparticles on Cellulose Nanofibrils for Dye Removal and Antimicrobial Applications

  2020. Luis Valencia (et al.). ACS Applied Nano Materials 3 (7), 7172-7181

  Artikel

  Nanocellulose is known to act as a platform for the in-situ formation of metal oxide nanoparticles, where the multiple components of the resultant hybrids act synergistically toward specific applications. However, typical mineralization reactions require hydrothermal conditions or addition of further reducing agents. Herein, we demonstrate that carboxylated cellulose nanofibril-based films can spontaneously grow functional metal oxide nanoparticles during the adsorption of heavy metal ions from water, without the need of any further chemicals or temperature. Despite the apparent universality of this behavior with different metal ions, this work focuses on studying the in-situ formation of copper oxide nanoparticles on TOCNF films as well as the resultant hybrid films with improved functionality toward dye removal from water and antimicrobial activity. Using a combination of cutting-edge techniques (e.g., in-situ SAXS and QCMD) to systematically follow the nanoparticle formation on the nanocellulosic films in real time, we suggest a plausible mechanism of assembly. Our results confirm that carboxylated cellulose nanofibril films act as universal substrate for the formation of metal oxide nanoparticles, and thus hybrid nanomaterials, during metal ion adsorption processes. This phenomenon enables the upcycling of nanocellulosic materials through multistage applications, thus increasing its sustainability and efficiency in terms of an optimal use of resources.

  Läs mer om In-Situ Growth of Metal Oxide Nanoparticles on Cellulose Nanofibrils for Dye Removal and Antimicrobial Applications

Visa alla publikationer av Aji Mathew vid Stockholms universitet