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Chemistry

क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में एक फाइबर का निष्कर्षण नियंत्रित-रिहाई क्षार स्रोत द्वारा समर्थित

Published: February 6, 2018 doi: 10.3791/56461
Automatic Translation
1, 1, 2, 1,2, 1, 1
1College of Textiles, Donghua University, 2Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Summary

यहां प्रस्तुत क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत द्वारा समर्थित प्रणाली में एक फाइबर के निष्कर्षण के लिए एक प्रोटोकॉल है ।

Abstract

इस प्रोटोकॉल एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड एक नियंत्रित जारी क्षार स्रोत द्वारा समर्थित प्रणाली में कच्चे एक दस्त द्वारा एक फाइबर निष्कर्षण के लिए एक विधि को दर्शाता है । एक से निकाले गए फाइबर बहुत महत्व के वस्त्र सामग्री का एक प्रकार है । पिछले अध्ययनों में, एक फाइबर केवल सोडियम हीड्राकसीड द्वारा समर्थित एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में निकाला गया था । हालांकि, सोडियम हीड्राकसीड की मजबूत alkaline के कारण, हाइड्रोजन पेरोक्साइड के ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की गति को नियंत्रित करने के लिए मुश्किल था और इस प्रकार इलाज फाइबर के लिए काफी नुकसान में हुई । इस प्रोटोकॉल में, एक नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत, जो सोडियम हीड्राकसीड और मैग्नीशियम हीड्राकसीड से बना है, एक क्षारीय स्थिति प्रदान करने के लिए प्रयोग किया जाता है और क्षार हाइड्रोजन peroxidesystem के पीएच मान बफर । मैग्नीशियम हीड्राकसीड की प्रतिस्थापन दर हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के पीएच मान को समायोजित कर सकते है और फाइबर गुणों पर काफी प्रभाव पड़ता है । पीएच मूल्य और ऑक्सीकरण-कमी क्षमता (ORP) मूल्य, जो क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के ऑक्सीकरण क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है, क्रमशः एक पीएच मीटर और ORP मीटर का उपयोग कर निगरानी की गई । निष्कर्षण प्रक्रिया के दौरान क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में अवशिष्ट हाइड्रोजन पेरोक्साइड सामग्री और फाइबर निष्कर्षण के बाद अपशिष्ट जल के रासायनिक ऑक्सीजन की मांग (कॉड) मूल्य KMnO4 अनुमापन विधि द्वारा परीक्षण किया जाता है । फाइबर की उपज एक सटीक इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का उपयोग कर मापा जाता है, और फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों एक रासायनिक विश्लेषण विधि द्वारा परीक्षण कर रहे हैं. फाइबर की बहुलकीकरण डिग्री (पीडी मान) Ubbelohde विस्कोमीटर का उपयोग कर एक आंतरिक चिपचिपापन विधि द्वारा परीक्षण किया जाता है. तप, बढ़ाव, और टूटना सहित फाइबर की तंयता संपत्ति, एक फाइबर शक्ति साधन का उपयोग कर मापा जाता है. रूपान्तर बदलने अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे विवर्तन कार्यात्मक समूहों और फाइबर के क्रिस्टल संपत्ति की विशेषता के लिए उपयोग किया जाता है । इस प्रोटोकॉल साबित होता है कि नियंत्रित जारी क्षार स्रोत एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में निकाले गए फाइबर के गुणों में सुधार कर सकते हैं ।

Introduction

एक, सामांयतः ' चीन घास ' के रूप में जाना जाता है एक बारहमासी जड़ी बूटी जिसका फाइबर कपड़ा उद्योग के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है1,2। यह चीन के लिए मूल निवासी मुख्य आर्थिक फसलों में से एक है; चीन में एक का उत्पादन दुनिया1,2में कुल उपज के ९०% से अधिक के लिए खाते में है । एक फाइबर सबसे मजबूत और सबसे लंबे समय तक संयंत्र फाइबर, एक लगभग रेशमी उपस्थिति3,4के साथ चमकदार में से एक है । एक फाइबर की लंबी लंबाई यह एक फाइबर कताई, जो शायद ही कभी bast फाइबर में देखा जाता है के लिए उपयुक्त बनाते हैं । एक फाइबर से बने वस्त्र इस तरह के ठंडक, जीवाणुरोधी, उत्कृष्ट थर्मल चालकता, वेंटिलेशन, आदिके रूप में कई उत्कृष्ट गुणों के पास3,4

फाइबर एक फाइबर का मुख्य घटक है, और एक में अन्य घटकों, जैसे पेक्टिन, लिग्निन, पानी घुलनशील सामग्री, मसूड़ों के रूप में परिभाषित कर रहे हैं5,6. एक फाइबर degumming5,6के रूप में परिभाषित एक प्रक्रिया में, रासायनिक एजेंट युक्त समाधान में मसूड़ों भंग द्वारा निकाला जा सकता है । एक फाइबर निष्कर्षण के मुख्य रूप से दो दृष्टिकोण मौजूद: रासायनिक degumming और जैव degumming. ऊर्जा की खपत, समय की खपत, और degumming अपशिष्ट जल का कॉड मूल्य पारंपरिक रासायनिक degumming में बल्कि उच्च है, के रूप में फाइबर फाइबर 6 से 8 ज7के लिए उच्च दबाव के तहत केंद्रित NaOH में कच्चे एक दस्त द्वारा निकाला जाता है,8 . वैकल्पिक रूप से, जैव degumming एक फाइबर निष्कर्षण के लिए एक पारिस्थितिकी के अनुकूल विकल्प है । फिर भी, कठोर प्रतिक्रिया शर्त और परिष्कृत उपकरण अपने आगे औद्योगिक आवेदन9,10रोकना । इसलिए, क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ ऑक्सीकरण degumming पर ध्यान केंद्रित करने के लिए एक मूल्यवान और वैकल्पिक आवेदन प्रस्तुत करता है, के लिए यह कम degumming समय और कम degumming तापमान11,12की आवश्यकता है । हालांकि, पेरोक्साइड की मजबूत ऑक्सीकरण क्षमता के कारण, degumming प्रक्रिया है, जो फाइबर गुण13,14के लिए महान नुकसान हो सकता है के दौरान पर्याप्त फाइबर गिरावट हो सकती है । यह एक के क्षार पेरोक्साइड ऑक्सीकरण degumming की सबसे बड़ी खामी है ।

पिछले अध्ययनों में, एक फाइबर केवल सोडियम हीड्राकसीड15द्वारा समर्थित एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में निकाला गया था । हालांकि, सोडियम हीड्राकसीड की मजबूत alkaline के कारण, हाइड्रोजन पेरोक्साइड के ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की गति को नियंत्रित करने के लिए मुश्किल था और इस प्रकार इलाज फाइबर7के लिए महान क्षति के परिणामस्वरूप । एक फाइबर, एक नियंत्रित रिलीज क्षार स्रोत है, जो सोडियम हीड्राकसीड और मैग्नीशियम हीड्राकसीड से बना है के गुणों में सुधार करने के लिए, इस अध्ययन में प्रयोग किया जाता है एक क्षार की स्थिति की पेशकश और क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के पीएच मूल्य बफर16 , 17.

इस तकनीक के पीछे तर्क को इस प्रकार बताया जा सकता है । मैग्नीशियम हीड्राकसीड आसुत जल में थोड़ा घुलनशील है, और यह degumming समाधान के साथ धीरे से भंग कर सकते है ओह की खपत के साथ- और पीएच मान रखने और इस प्रकार एक उपयुक्त रेंज में degumming समाधान के ऑक्सीकरण की क्षमता18। मैग्नीशियम हीड्राकसीड की प्रतिस्थापन दर (SR) के रूप में परिभाषित किया गया है NaOH के तिल अनुपात की कुल क्षार खुराक के अंतर्गत मैग्नीशियम हीड्राकसीड द्वारा प्रतिस्थापित 10%, और प्रतिस्थापन दर निम्न समीकरण द्वारा गणना की जा सकती. इसके अलावा, मिलीग्राम2 + 19,20ऑक्सीकरण से अधिक की वजह से फाइबर गिरावट को रोकने कर सकते हैं ।

Equation 1

यहां, एम2 (जी) मिलीग्राम का वजन है (OH)2, एम1 (जी) NaOH का वजन है, ४० NaOH के आणविक वजन है, ५८ मिलीग्राम (oh) के आणविक वजन है2, 2 मिलीग्राम में OHs की संख्या है (oh)2, और एसआर प्रतिस्थापन दर है ।

इस प्रोटोकॉल की तकनीक एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में संयंत्र सामग्री के निष्कर्षण, ब्लीचिंग, और संशोधित करने के लिए बढ़ाया जा सकता है । तथापि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पीएच मूल्य और क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली की प्रतिक्रिया तापमान के चयन इस प्रौद्योगिकी के लिए महत्वपूर्ण है21। क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के पीएच मूल्य प्रतिस्थापन दर17बदलकर समायोजित किया जा सकता है । पीएच मूल्य और इस प्रकार क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली की ऑक्सीकरण क्षमता प्रतिस्थापन दर की बढ़ती के साथ कम । जब प्रतिक्रिया तापमान ८५ डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया है, मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रिया प्रणाली में मुख्य भूमिका निभाता है और प्रणाली के मजबूत ऑक्सीकरण सामग्री भंग करने के लिए उपयुक्त है; जब प्रतिक्रिया तापमान १२५ डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया है, मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रिया हिचकती है और हू की एक बड़ी राशि सिस्टम में मौजूद है, जो सिस्टम को ब्लीचिंग19के लिए उपयुक्त बनाता है ।

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Protocol

1. एक का ऑक्सीकरण Degumming

  1. ऑक्सीकरण degumming समाधान तैयार करना
    1. भंग 2 जी H2हे2, 1 ग्राम क्षार (मिलीग्राम का एक मिश्रण (OH)2 और NaOH), ०.४ g Na5P3हे10, ०.१ g anthraquinone, और ०.२ ग्राम HEDP में १०० मिलीलीटर आसुत जल बनाने के लिए degumming समाधान ।
  2. एक के ऑक्सीकरण degumming
    1. degumming समाधान में 10 ग्राम कच्चे एक विसर्जित कर दिया और ६० मिनट के लिए ८५ ° c के तहत यह परिमार्जन ।
    2. १२५ डिग्री सेल्सियस (०.६ किग्रा के दबाव के साथ) और एक और ६० मिनट के लिए परिमार्जन के लिए तापमान बढ़ा ।
      नोट: तापमान बढ़ाने पर विवरण के लिए चर्चा देखें ।
  3. एक फाइबर को कम करने
    1. भंग ०.४ जी NaHSO3 में १०० मिलीलीटर आसुत जल को कम करने के समाधान तैयार करने के लिए । फिर, degummed फाइबर को कम करने के समाधान में ९० ° c पर ६० मिनट के लिए इलाज ।
      नोट: carboxyl समूहों और ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में उत्पन्न एल्डिहाइड समूहों में हाइड्रोजन बांड की कमी के कारण और इस प्रकार फाइबर संपत्ति को नुकसान. carboxyl समूहों और एल्डिहाइड समूहों को वापस हाइड्रॉक्सिल समूहों में परिवर्तित करके फाइबर की संपत्ति को कम करने में सुधार कर सकते हैं ।
  4. अनुवर्ती उपचार
    1. degummed एक फाइबर को अच्छी तरह से धोकर पानी से धो लें ।
    2. 15 मिनट के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर degumming तेल में फाइबर विसर्जित कर दिया और फिर 4 एच के लिए एक ओवन (१२५ डिग्री सेल्सियस) में फाइबर सूखी ।

2. Degumming समाधान गुण का परीक्षण

  1. एमजी के घुलनशीलता टेस्ट (OH)2
    1. भंग 2 जी मिलीग्राम (OH)2 में १०० मिलीलीटर आसुत जल ।
    2. अलग, भंग 2 जी मिलीग्राम (OH)2 में १०० मिलीलीटर समाधान के साथ पूरी तरह से घुलनशील degumming additives, सहित ०.४ g Na5P3O10 और ०.२ g HEDP.
    3. कदम 2.2.1 और ८५ डिग्री सेल्सियस के लिए -8 में वर्णित समाधान के तापमान उठाएं ।
    4. sintered डिस्क के साथ undissolved मिलीग्राम (OH)2 निकालें ।
    5. निंन सूत्र द्वारा मिलीग्राम (OH)2 के घुलनशीलता की गणना करें:
      Equation 2
      नोट: यहां एम (जी) undissolved मिलीग्राम (OH)2का वजन है ।
  2. मिलीग्राम का प्रभाव (OH)2 पीएच मान, ORP मूल्य पर प्रतिस्थापन दर, और अवशिष्ट एच2हे degumming समाधान के2 सामग्री
    नोट: ORP12,19 एक महत्वपूर्ण जल रसायन विज्ञान पैरामीटर है और यह ऑक्सीकरण या परिवेशी पानी की क्षमता को कम करने के लिए एक माप उपकरण प्रदान करता है । मजबूत ऑक्सीकरण संपत्ति के साथ समाधान एक उच्च ORP मूल्य है । मिलीग्राम (oh)2 प्रतिस्थापन दर NaOH के तिल के अनुपात को संदर्भित करता है (oh)2 की कुल क्षार खुराक के तहत 10% (कपड़े के वजन पर) मिलीग्राम द्वारा प्रतिस्थापित ।
    1. एमजी के साथ degumming समाधान तैयार (OH)2 0%, 20%, ४०%, ६०%, ८०%, और १००% के प्रतिस्थापन दर के अनुसार चरण १.१, क्रमशः ।
    2. degumming समाधान में कच्चे एक विसर्जित कदम 2.2.1 में वर्णित है ।
    3. चरण १.२ के अनुसार degumming प्रक्रिया प्रारंभ करें ।
    4. आसुत जल के साथ संयुक्त ORP इलेक्ट्रोड धो और हवा में सूखी । तो ORP मूल्य हर 10 मिनट पढ़ने के लिए degumming समाधान में संयुक्त ORP इलेक्ट्रोड मीटर विसर्जित. पीएच मान हर 10 मिनट पढ़ने के लिए degumming समाधान में पीएच इलेक्ट्रोड मीटर विसर्जित कर दिया.
    5. परीक्षण degumming समाधान के एच2ओ2 सामग्री हर 10 मिनट KMnO4 अनुमापन विधि द्वारा चीनी मानक जीबी 22216-20087के अनुसार ।

3. एक फाइबर गुण का परीक्षण

  1. degumming की उपज
    1. निंनलिखित समीकरण का उपयोग कर degumming की उपज की गणना:
      Equation 3
      नोट: यहां डब्ल्यू (जी) degumming के बाद फाइबर का शुष्क वजन है; W (छ) degumming से पहले एक का शुष्क भार है ।
  2. फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों
    नोट: फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों चीनी मानक ५८८९-८६ के अनुसार परीक्षण किया गया ।
    1. फाइबर के सूखे वजन को मापने (के बारे में 5 जी) एक वजनी बोतल में और यह एक कुप्पी में विसर्जित (भाटा संघनित्र ट्यूब के साथ) १५० मिलीलीटर NaOH समाधान (20 ग्राम/
    2. १०० डिग्री सेल्सियस के तापमान बढ़ाएं और 1 घंटे के लिए इस तापमान पर रखें ।
    3. NaOH समाधान को ताज़ा करें ।
    4. १०० डिग्री सेल्सियस के लिए तापमान बढ़ाने और 2 एच के लिए बनाए रखने के ।
    5. एक नमूना छलनी में फाइबर धो लें ।
    6. वजन की बोतल में फाइबर के ड्राई वेट को नाप लें ।
    7. निंनलिखित समीकरण का उपयोग कर फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों की गणना:
      Equation 4
      नोट: यहां एम (जी) फाइबर का शुष्क भार है; एम (जी) NaOH दस्त के बाद एक का शुष्क भार है.
  3. पीडी टेस्ट
    नोट: चीनी मानक जीबी 5888-8615के अनुसार एक फाइबर के पीडी मान का परीक्षण करें ।
    1. 2:1 (v/v) बेंजीन और एथिल शराब मिश्रण में उपविलय द्वारा एक फाइबर को चिकना ।
    2. कमरे के तापमान पर हवा में विलायक लुप्त हो जाना ।
    3. छोटे टुकड़ों में नमूनों में कटौती (1-2 mm, के बारे में ~ 20-23 मिलीग्राम प्रत्येक नमूने के लिए) कैंची का उपयोग कर ।
    4. एक नियंत्रित-आर्द्रता वातावरण में नमूने रखें (20 ± 2 ° c, सापेक्ष आर्द्रता = ६५ ± 2%) एक वजनी कंटेनर में जब तक यह परीक्षण प्रयोजनों के लिए आवश्यक सामग्री को हटाने से पहले संतुलन पानी की सामग्री तक पहुंचता है ।
    5. केंद्रित नाइट्रिक एसिड में एक तांबे के तार (०.५ mm व्यास) विसर्जित कर दिया, ९८% निर्जल ethylenediamine द्वारा पीछा किया । फिर, तांबे का दाना अच्छी तरह से आसुत जल के साथ धो लें ।
    6. एक प्लास्टिक की बोतल में फाइबर का नमूना और तांबे का दाना डाल (शीर्ष के साथ) ।
    7. प्लास्टिक की बोतल में 10 मिलीलीटर आसुत जल और 10 मिलीलीटर 1 मॉल/एल cupriethylenediamine समाधान जोड़ें, और एक चुंबकीय हलचल बार ०.२ g/100 मिलीलीटर (लगभग) एक फाइबर cupriethylenediamine समाधान तैयार करने के लिए का उपयोग कर हलचल ।
    8. स्थानांतरण ६.५ मिलीलीटर एक फाइबर cupriethylenediamine एक Ubbelohde विस्कोमीटर समाधान के लिए अपनी आंतरिक चिपचिपापन उपाय । निम्नलिखित समीकरण द्वारा रिश्तेदार चिपचिपापन की गणना:
      Equation 5
      नोट: यहां ηआर रिश्तेदार चिपचिपापन है, टी (ओं) Ubbelohde विस्कोमीटर के माध्यम से बह एक फाइबर cupriethylenediamine समाधान का औसत समय है, और टी0 (ओं) ०.५ मॉल के औसत समय है/एल cupriethylenediamine समाधान के माध्यम से बह Ubbelohde विस्कोमीटर ।
    9. निम्न समीकरण द्वारा एक फाइबर के पीडी मान की गणना:
      Equation 6
      नोट: यहां [η] ' आंतरिक चिपचिपापन है, [η] × c मान चीनी मानक GB 5888-86 में एक मेज से प्राप्त किया जा सकता है, और सी ' एक फाइबर cupriethylenediamine समाधान की एकाग्रता है ।
  4. फाइबर का रैखिक घनत्व
    1. निम्नलिखित समीकरण का उपयोग कर फाइबर की रैखिक घनत्व की गणना:
      Equation 7
      नोट: यहां एलसी काटने की लंबाई (४० mm) है, n फाइबर की संख्या है, और जी (जी) फाइबर का वजन है । फाइबर का रैखिक घनत्व एक के सरकारी हासिल के तहत एक १,००० मीटर लंबे समय फाइबर के वजन को संदर्भित करता है (12%).
  5. यांत्रिक संपदा परीक्षण
    1. Equilibrate मानक वायुमंडलीय स्थिति में फाइबर नमूने (टी = 20 ± 2 डिग्री सेल्सियस, आरएच = ६५% ± 2%)
    2. तप का परीक्षण करें, बढ़ाव को तोड़ने, और फाइबर का टूटना के काम के तहत फाइबर शक्ति साधन का उपयोग कर के निम्नलिखित सेटिंग 20 डिग्री सेल्सियस, आरएच ६५%, और ०.३ cN के पूर्व तनाव/dtex. 20 mm पर clamping दूरी सेट और नीचे दबाना के अवरोही गति 20 mm/min7,15।
  6. degumming अपशिष्ट जल का कॉड मूल्य
    1. चीनी मानक जीबी के अनुसार degumming अपशिष्ट जल का कॉड परीक्षण/टी 15456-2008 ' औद्योगिक परिसंचारी शीतलक जल-कॉड-पोटेशियम परमैंगनेट विधि '7,15के निर्धारण ।
  7. XRD टेस्ट
    1. एक्स-रे विवर्तन का उपयोग कर फाइबर के crystallinity प्राप्त करें । रिकॉर्ड XRD पैटर्न 2θ = 5-60 ° एक ग्रेफाइट monochromator और घन Kα विकिरण के साथ λ पर सुसज्जित डिफफ्रक्टोमीटर के साथ = ०.१५४ एनएम (४० केवी, २०० मा) ।
  8. स्विचेज विश्लेषण
    1. स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग कर फाइबर के स्विचेज पैटर्न प्राप्त करें । स्कैन बार पर सेट करें 30, श्रेणी पर 4000-400 सेमी-1, और समाधान पर 8 सेमी-1. उपचार फाइबर में रासायनिक कार्यात्मक समूहों का निर्धारण एफटी-IR विश्लेषण का उपयोग कर ।

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Representative Results

घुलनशीलता (OH)2 आसुत जल और degumming समाधान में (चित्रा 1) का अध्ययन किया गया था । एमजी (OH) के प्रभाव पीएच मूल्य और ORP मूल्य पर2 प्रतिस्थापन दर (चित्रा 2) degumming समाधान का परीक्षण किया गया था । degumming उपज और विभिंन मिलीग्राम (OH) के तहत फाइबर degummed के अवशिष्ट मसूड़ों2 प्रतिस्थापन दर (चित्रा 3) की गणना की गई । डीपी मूल्य, crystallinity, फाइबर के तन्य गुण (चित्रा 4), और अपशिष्ट जल के कॉड मूल्य (चित्रा 5) degumming पर एमजी (OH)2 के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया गया. फाइबर के स्विचेज पैटर्न (चित्रा 6) प्राप्त किया गया था । अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री फाइबर निष्कर्षण प्रक्रिया के दौरान degumming समाधान का परीक्षण किया गया था (चित्रा 7) और दूसरे चरण में degumming तापमान का प्रभाव तालिका 1में दिखाया गया है । ऑक्सीकरण degumming की तुलना (सतत क्षार स्रोत और NaOH का उपयोग करके) और पारंपरिक degumming को तालिका 2में दिखाया गया है ।

हालांकि मिलीग्राम की घुलनशीलता (OH)2 degumming समाधान में है कि आसुत जल degumming सहायक का हवा का झोंका प्रभाव के कारण में अधिक से अधिक था, यह अभी भी अपर्याप्त घुलनशील था, और इस तरह एक नियंत्रित जारी संपत्ति लागू किया गया था (चित्रा 1 ). जब एक नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत का उपयोग किया गया था, degumming समाधान का पीएच मान स्थिर था और प्रतिस्थापन दर (चित्र 2a) की बढ़ती के साथ कमी आई है । ORP मूल्य के घटते उच्च प्रतिस्थापन दर (चित्र बीसी) के तहत धीमी थी । अवशिष्ट गम विश्लेषण से पता चला कि degumming और फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों की उपज प्रतिस्थापन दर के साथ वृद्धि हुई; प्रतिस्थापन दर फाइबर आसंजन को रोकने के लिए ६०% से ऊपर होना चाहिए । (चित्र 3) । डीपी मूल्य, crystallinity, और फाइबर की तंयता गुण 0% से 20% करने के लिए प्रतिस्थापन दर के साथ वृद्धि हुई है, लेकिन आगे प्रतिस्थापन दर की बढ़ती पर कम (चित्रा 4): यह मसूड़ों की अत्यधिक मात्रा है कि में बनाए रखा गया द्वारा समझाया गया है जब प्रतिस्थापन दर 20% से अधिक था फाइबर । जब प्रतिस्थापन दर 20% पर सेट किया गया था, degumming समाधान का पीएच मान ११.८ था; और तप, बढ़ाव, टूटना, डीपी मूल्य, और फाइबर की hemicellulose सामग्री उपज ३९.८२%, १२.१३%, ४६.१५%, १४.८९%, और 5%, क्रमशः (चित्रा 2, चित्रा 3, चित्रा 4) की वृद्धि हुई । इसके अलावा, degumming अपशिष्ट जल के कॉड मूल्य 20% की कमी हुई (चित्रा 5) । फाइबर के स्विचेज पैटर्न में, इस क्षेत्र में संकेत 3400-2800 सेमी-1 और चोटी पर २,९०० सेमी-1 की टूटती कंपन के कारण थे-CH और-OH में फाइबर, और इन संकेतों सभी नमूनों में अस्तित्व. 1730-1750 सेमी-1 पर carbonyl पीक सी के लिए जिंमेदार ठहराया गया था-ओह hemicellulose में झुकने, और इस संकेत मजबूत था जब प्रतिस्थापन दर कम था, जो संकेत दिया कि hemicellulose और अधिक प्रभावी ढंग से एक के तहत हटाया जा सकता है निचली प्रतिस्थापन दर (चित्र 6) । अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत का उपयोग करते समय 3 जी/ हालांकि, प्रतिस्थापन दर अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री (चित्रा 7) को प्रभावित नहीं किया । जब नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत degumming के लिए उपयोग किया गया था, H2O2 की अपघटन गति degumming तापमान द्वारा नियंत्रित किया गया था । degumming (0 से ६० मिनट) की आरंभिक अवधि में, फाइबर क्षरण शायद ही कभी हुआ, के लिए यह मसूड़ों द्वारा कवर किया गया था । इसलिए, मुक्त कण की एक बड़ी राशि की जरूरत थी और तापमान ८५ डिग्री सेल्सियस पर सेट किया जाना चाहिए । ६० मिनट के बाद, मसूड़ों के अधिकांश हटा दिया गया था और फाइबर degumming समाधान के लिए उजागर किया गया था: तापमान मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रिया की गति को धीमा करने के लिए १२५ डिग्री सेल्सियस के लिए उठाया जाना चाहिए और इसलिए (तालिका 1) फाइबर की गिरावट को रोकने के लिए । ऑक्सीकरण degumming की तुलना (एक सतत क्षार स्रोत और NaOH का उपयोग करके) और पारंपरिक degumming से पता चला है कि क्षारीय हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में फाइबर degummed नियंत्रित जारी क्षार स्रोत द्वारा समर्थित सबसे अच्छा गुण हासिल ( तालिका 2) ।

Figure 1
चित्र 1. घुलनशीलता में मिलीग्राम (OH)2 आसुत जल और degumming समाधान19में । मिलीग्राम (OH)2 degumming समाधान में है कि आसुत जल में, क्योंकि degumming सहायक के नमक प्रभाव के साथ तुलना में उच्च घुलनशीलता दिखाया । एमजी (OH)2 degumming समाधान में धीरे-धीरे इनसेट रासायनिक समीकरण के अनुसार घुल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. एमजी का प्रभाव (OH)2 degumming समाधान गुणों पर प्रतिस्थापन दर । (क) degumming समाधान का पीएच मान. जब मिलीग्राम (OH)2 इस्तेमाल किया गया था, degumming समाधान के पीएच मूल्य स्थिर और प्रतिस्थापन दर की बढ़ती के साथ कम किया गया था । (ख) degumming समाधान के ORP मान19. ORP मान की घटते गति उच्चतर SR मान के अंतर्गत धीमी थी । SR = प्रतिस्थापन दर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. मिलीग्राम का प्रभाव (OH) degumming उपज और फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों पर2 प्रतिस्थापन दर । इनसेट छवि मिलीग्राम (OH) के तहत एक फाइबर degummed की स्थलाकृति से पता चलता है की2 प्रतिस्थापन दरों: (a) 0%, (b) 20%, (c) ४०%, (d) ६०%, (e) ८०%, (f) १००%19. degumming और फाइबर के अवशिष्ट मसूड़ों की उपज प्रतिस्थापन दर और प्रतिस्थापन दर के साथ वृद्धि हुई फाइबर आसंजन को रोकने के लिए ६०% से ऊपर होना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. एमजी का प्रभाव (OH)2 प्रतिस्थापन दर पर: (A) डीपी मान और फाइबर की crystallinity; और (ख) फाइबर की तन्यता गुण19. डीपी मूल्य, crystallinity, और फाइबर के तंयता गुण 0% से 20% से SR के साथ वृद्धि हुई है, लेकिन प्रतिस्थापन दर के आगे बढ़ती के साथ कम हुई । त्रुटि पट्टियां 30 डुप्लिकेट परीक्षणों से डेटा के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. एमजी के प्रभाव (OH) degumming अपशिष्ट जल के कॉड मूल्य पर2 प्रतिस्थापन दर19। degumming अपशिष्ट जल का कॉड मूल्य प्रतिस्थापन दर की बढ़ती के साथ कम हुई । त्रुटि पट्टियां 30 डुप्लिकेट परीक्षणों से डेटा के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6. स्विचेज मिलीग्राम (OH)219 के विभिंन प्रतिस्थापन दरों के साथ फाइबर degummed की। 3400-2800 सेमी-1 और २,९०० सेमी-1 पर पीक के क्षेत्र में संकेत-CH और-OH में फाइबर की खींच कंपन के कारण थे; ये सिग्नल सभी नमूनों में मौजूद थे । 1730-1750 सेमी-1 पर carbonyl पीक सी के लिए जिंमेदार ठहराया गया था-hemicellulose में ओह झुकने सी = ओ खींच; इन संकेतों को मजबूत जब SR कम था, जो संकेत दिया कि hemicellulose कम प्रतिस्थापन दर के तहत और अधिक प्रभावी ढंग से हटाया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7. अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री में degumming समाधान मिलीग्राम के विभिंन प्रतिस्थापन दर (OH)219 के साथ। अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री में वृद्धि हुई जब नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत का इस्तेमाल किया गया था; हालांकि, प्रतिस्थापन दर अवशिष्ट एच2ओ2 सामग्री पर प्रभाव नहीं था । SR = प्रतिस्थापन दर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

तापमान रैखिक घनत्व (dtex) तप (cN/dtex) बढ़ाव (%) टूटना (cN/dtex)
१०० ° c ६.१ ६.६९ २.३३ ०.०८
१२५ ° c ५.६ ८.३ २.७५ ०.१४

तालिका 1. फाइबर के तंयता गुण दूसरे चरण में विभिन्न तापमान के तहत दस्त19. फाइबर उच्च दस्त तापमान के तहत बेहतर तंयता गुणों का प्रदर्शन किया ।

ऑक्सीकरण degumming पारंपरिक degumming
एसआर 20% एसआर 0%
यील्ड (%) ७४.२ ७२.३४ ६५
तप (cN/dtex) १०.१२ ६.०९ ७.८
बढ़ाव (%) २.७२ २.३९ २.४३
टूटना (cN/dtex) ०.१३ ०.०७ ०.१
पीडी मान १९८० १६८५ १७३२
कॉड मूल्य (mg/ २३००० २९००० २९८००

तालिका 2. ऑक्सीकरण degumming की तुलना. ऑक्सीकरण degumming की तुलना (स्थाई क्षार स्रोत और NaOH का उपयोग करना) और पारंपरिक degumming19 एक फाइबर । एक नियंत्रित जारी क्षार स्रोत द्वारा समर्थित एक क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में फाइबर degummed सबसे अच्छा गुण हासिल किया । SR = प्रतिस्थापन दर ।

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Discussion

एमजी की स्थापना (OH)2 प्रतिस्थापन दर और प्रतिक्रिया तापमान इस प्रोटोकॉल के प्रमुख बिंदु था । मिलीग्राम (OH)2 प्रतिस्थापन दर पीएच मान और इस प्रकार degumming समाधान के ऑक्सीकरण क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं । सबसे अच्छा मिलीग्राम (OH) एक degumming के लिए2 प्रतिस्थापन दर 20% था, क्योंकि फाइबर 20% से नीचे एक प्रतिस्थापन दर के तहत पर्याप्त सुरक्षा प्राप्त नहीं कर सकते, और अवशिष्ट मसूड़ों की एक अत्यधिक मात्रा (कम डीपी मूल्य और crystallinity) फाइबर में रखा जाएगा 20% (चित्र 4a) से ऊपर एक प्रतिस्थापन दर के तहत ।

प्रतिक्रिया तापमान हाइड्रोजन पेरोक्साइड की प्रतिक्रिया मार्ग को प्रभावित कर सकते हैं । एक के ऑक्सीकरण degumming में दो समानांतर प्रतिक्रियाओं थे: पहले एच2ओ2 और मसूड़ों के बीच प्रतिक्रिया थी; दूसरा एच2ओ2 और फाइबर, जो नुकसान का कारण बन सकता है और इस प्रकार degummed फाइबर की तन्यता गुणों को कम करने की प्रतिक्रिया थी । तापमान की वृद्धि दो प्रतिक्रियाओं का त्वरण पैदा कर सकते हैं (प्रतिक्रिया की गति 2 या 4 बार की वृद्धि हुई, 10 डिग्री सेल्सियस प्रति तापमान वृद्धि के साथ). एच2ओ2 और मसूड़ों के लिए प्रतिक्रिया की गति की वृद्धि एच2हे2 और फाइबर की तुलना में बहुत अधिक था, क्योंकि इसके सक्रियकरण ऊर्जा अधिक है, जो इसे और अधिक संवेदनशील बनाया तापमान परिवर्तन करने के लिए । degumming (0 से ६० मिनट) की आरंभिक अवधि में, फाइबर क्षरण शायद ही कभी हुआ, क्योंकि यह मसूड़ों द्वारा कवर किया गया था । इसलिए, मुक्त कण की एक बड़ी राशि की जरूरत थी और तापमान ८५ डिग्री सेल्सियस पर सेट किया जाना चाहिए । ६० मिनट के बाद, मसूड़ों की सबसे हटा दिया गया था और फाइबर degumming समाधान के लिए उजागर किया गया था; तापमान १२५ डिग्री सेल्सियस के लिए उठाया जाना चाहिए मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रिया की गति को धीमा करने के लिए और इसलिए फाइबर (तालिका 1) के क्षरण को रोकने के लिए ।

इस प्रोटोकॉल की तकनीक अन्य क्षेत्रों, जैसे निकालने, ब्लीचिंग, और क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में संयंत्र सामग्री को संशोधित करने के लिए बढ़ाया जा सकता है । एमजी (OH)2 प्रतिस्थापन दर और प्रतिक्रिया तापमान विशिष्ट परिस्थितियों के अनुसार सेट किया जाना चाहिए । आम तौर पर, पीएच मान और इस प्रकार क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के ऑक्सीकरण क्षमता प्रतिस्थापन दर की बढ़ती के साथ कम हो जाती है । प्रतिक्रिया तापमान 85 डिग्री सेल्सियस पर सेट किया जाता है, मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रिया प्रणाली में मुख्य भूमिका निभाता है और मजबूत ऑक्सीकरण क्षमता सामग्री भंग करने के लिए उपयुक्त प्रणाली बनाता है; जब प्रतिक्रिया तापमान १२५ डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया था, नि: शुल्क कट्टरपंथी प्रतिक्रिया बाधित और हू की एक बड़ी राशि प्रणाली है, जो ब्लीचिंग19के लिए उपयुक्त प्रणाली बनाता में अस्तित्व में था । इस प्रौद्योगिकी की सीमा है कि हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली के पीएच मूल्य केवल १०.० से १२.० के बीच मूल्यों पर सेट किया जा सकता है जब नियंत्रित-जारी क्षार स्रोत का प्रयोग किया जाता है ।

हम (ओह)2 सतत क्षार संसाधन (तालिका 2) के रूप में मिलीग्राम का उपयोग करके ऑक्सीकरण degummed एक फाइबर की संपत्ति में सुधार लाने की एक विधि का प्रदर्शन किया है । इस तकनीक को अब पायलट स्टेज में भी लागू किया जा रहा है, और हम उम्मीद करते हैं कि इस तकनीक का विकास जारी रहेगा ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम चीन के लिए निर्धारित फंड द्वारा समर्थित था कृषि अनुसंधान प्रणाली के लिए Bast और पत्ती फाइबर फसलों (अनुदान संख्या कारें-19), चीन के कृषि विज्ञान अकादमी और प्रौद्योगिकी नवाचार परियोजना (अनुदान संख्या ASTIP-IBFC07), नवाचार कोष Donghua विश्वविद्यालय में स्नातक छात्रों के लिए (अनुदान संख्या 16D310107), ' श्याओ विज्ञान और प्रौद्योगिकी नवाचार टीम ' (औद्योगीकरण एकीकृत अनुसंधान एवं विकास समूह के bast फाइबर जैविक degumming), चीन छात्रवृत्ति परिषद.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hydrogen peroxide, 30% Fisher Scientific H325-100 Chemical for degumming
Magnesium hydroxide, 99% Fisher Scientific AA1236722 Chemical for degumming
Sodium hydroxide Fisher Scientific S318-1 Chemical for degumming
Sodium bisulfite Fisher Scientific S654-500 Chemical for degumming
Sodium tripolyphosphate Fisher Scientific AC218675000 Chemical for degumming
Anthraquinone, >98% Fisher Scientific AC104930500 Chemical for degumming
1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid Fisher Scientific 50-901-10243 Chemical for degumming
Degumming oil Minglong auxiliaries limited liability company, Yiyang, Hunan,China —— Chemical for degumming
Ethyl alcohol Fisher Scientific A962-4 Chemical for testing
Benzene Fisher Scientific AA43817AE Chemical for testing
Copper wire,0.5mm (0.02in) dia Fisher Scientific AA10783H4 Chemical for testing
Cupriethylenediamine solution 1mol/L Fisher Scientific 24991 Chemical for testing, caution toxic
Nitric acid (65% ~68% ) Fisher Scientific A200-612GAL Chemical for testing, caution
Ethylenediamine Fisher Scientific AC118420100 Chemical for testing
Potassium permanganate Fisher Scientific P279-500 Chemical for testing
Sulphuric acid Fisher Scientific A300C-212 Chemical for testing
Silver sulfate Fisher Scientific S190-25 Chemical for testing
Raw ramie Guangyuan limited liability company, Changde, Hunan,China —— Raw materials
Electric-heated thermostatic water bath Senxin Experiment equipment limited liability company,Shanghai,China DK-S28 Equipments for degumming
High temperature lbaorator dyeing machine Shanghai Longda chemcials Crop. RY-1261 Equipments for degumming
Thermometer Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 100 °C Equipments for degumming
Vacuum suction machine Yukang KNET ,Shanghai,China SHB-IIIA Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Suction flask Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 1000mL Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Sand-core funnels Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 35mL Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Oxidation reduction potential meter Dapu instrument, Shanghai, China MODEL 421 Equipments for testing ORP value
pH meter Hanna instruments,Beijing,China HI 98129 Equipments for testing pH value
Acid burette Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 50mL Equipments for testing H2O2 content
Flask Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250 mL/500 mL Equipments for testing H2O2 content;  residual gums content
Electric furnace Jiangyi Experiment instruments limited liability company,Shanghai,China 800-2000W Equipments for testing residual gums content
Reflux condensing tube Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing residual gums content; COD value
Fiber cutter (40mm) Changzhou No.2 Textile Machine Co.,Ltd Y171A Equipments for testing fiber density
Ostwald viscometer Taizhou, jiaojiang, glass instruments company 0.6mm Equipments for testing fiber PD value
Spherical fat extractor Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing fiber PD value
Soxhlet extractor Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing fiber PD value
Torsion balance Liangping instrucments Co.,Ltd,Shanghai, China JN-B Equipments for testing fiber density
Fiber strength instrument Xinxian instruments, shanghai,China XQ-2 Equipments for testing fiber tensile property
Tension clamp Depu textile technology Co.,Ltd, Changzhou, jiangsu, China 0.3cN/dtex Equipments for testing fiber tensile property
COD thermostatic heater Qiangdao Xuyu environment protection technology Lit company DL-801A Equipments for testing COD value
FTIR Thermo Fisher, America Nicolet FTIR analysis
XRD Rigaku, Japan D/max-2550 PC XRD analysis
Electronic balance Shanghai jingtian Electronic instrument Co.,Ltd FA2004A Generral equipments
Drying oven Tonglixinda  instruments, Tianjin,China 101-2AS Generral equipments
Weighing bottle Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 50x30 Generral equipments
Beaker Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 500mL Generral equipments
Sample sieve Xiaojin hardware instruments Co.,Ltd, Shangyu, Zhejiang 120 mesh Generral equipments
Glass rod Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd —— Generral equipments
Cylinder Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL, 50mL Generral equipments
Pipette Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 5mL, 10mL Generral equipments
Rubber suction bulb Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd —— Generral equipments
Orign OriginLab 8.0 Software for figure drawing

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References

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रसायन विज्ञान अंक १३२ एक फाइबर ऑक्सीकरण degumming निरंतर जारी क्षार स्रोत मिलीग्राम (OH)2 तन्यता संपत्ति degumming समाधान के पीएच कॉड मूल्य
क्षार हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली में एक फाइबर का निष्कर्षण नियंत्रित-रिहाई क्षार स्रोत द्वारा समर्थित
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Meng, C., Li, Z., Wang, C., Yu, C.,… More

Meng, C., Li, Z., Wang, C., Yu, C., Bi, X., Wang, S. Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source. J. Vis. Exp. (132), e56461, doi:10.3791/56461 (2018).

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