Herstellung von expandierten Chitinschäumen und deren Verwendung bei der Entfernung von bässrigem Kupfer

Zusammenfassung

Diese Studie beschreibt eine Methode, um Chitin durch chemische Techniken, die keine spezielle Ausrüstung erfordern, zu einem Schaum zu erweitern.

Zusammenfassung

Chitin ist ein wenig genutztes, natürlich reichlich vorhandenes, mechanisch robustes und chemisch beständiges Biopolymer. Diese Eigenschaften sind in einem Adsorbens wünschenswert, aber Chitin fehlt die notwendige spezifische Oberfläche, und seine Modifikation erfordert spezielle Techniken und Ausrüstung. Hierin wird ein neuartiges chemisches Verfahren zur Ausdehnung von Chitinflocken, die aus Garnelenschalenabfällen gewonnen werden, zu Schäumen mit höherer Oberfläche beschrieben. Der Prozess beruht auf der Entwicklung von_H2-Gas aus der Reaktion von Wasser mit NaH, das in einem Chitingel eingeschlossen ist. Die Zubereitungsmethode erfordert keine spezielle Ausrüstung. Pulverröntgenbeugung undN2-Physisorption deuten darauf hin, dass die Kristallitgröße von 6,6 nm auf 4,4 nm abnimmt und die spezifische Oberfläche von 12,6 ± 2,1^m2/gauf 73,9 ± 0,2^m2/gzunimmt. Infrarotspektroskopie und thermogravimetrische Analysen zeigen jedoch, dass der Prozess die chemische Identität des Chitins nicht verändert. Die spezifische Cu-Adsorptionskapazität des expandierten Chitins erhöht sich proportional zur spezifischen Oberfläche von 13,8 ± 2,9 mg/g auf 73,1 ± 2,0 mg/g. Die Cu-Adsorptionskapazität als Oberflächendichte bleibt jedoch relativ konstant bei durchschnittlich 10,1 ±0,8 Atom/nm2 , was wiederum auf keine Veränderung der chemischen Identität des Chitins hindeutet. Diese Methode bietet die Möglichkeit, Chitin in ein Material mit höherer Oberfläche umzuwandeln, ohne seine wünschenswerten Eigenschaften zu beeinträchtigen. Obwohl der Chitinschaum hier als Adsorbens beschrieben wird, kann man ihn sich als Katalysatorträger, Wärmeisolator und Strukturmaterial vorstellen.

Einleitung

Chitin ist ein mechanisch robustes und chemisch inertes Biopolymer, das nach Cellulose in natürlicher Häufigkeit an zweiter Stelle^{steht 1}. Es ist der Hauptbestandteil im Exoskelett von Arthropoden und in den Zellwänden von Pilzen und Hefen². Chitin ist ähnlich wie Cellulose, jedoch mit einer Hydroxylgruppe jedes Monomers, die durch eine Acetylamingruppe ersetzt wird (Abbildung 1A, B). Dieser Unterschied erhöht die Festigkeit der Wasserstoffbindung zwischen benachbarten Polymerketten und verleiht Chitin seine charakteristische strukturelle Elastizität und chemische Inertheit<....

Protokoll

1. Herstellung von expandiertem Chitin

1. Bereiten Sie eine 250 ml Lösung von 5 Gew.-% LiCl in Dimethylacetamid (DMAc) vor
   ACHTUNG: Das Lösungsmittel DMAc ist ein brennbarer Reizstoff, der die Fruchtbarkeit schädigen und Geburtsfehler verursachen kann. Behandeln Sie DMAc in einem Abzug mit chemikalienbeständigen Handschuhen und Schutzbrillen, um den Kontakt mit Haut und Augen zu vermeiden.
   1. 15 g LiCl und 285 g (268 ml) DMAc in einen 500 mL Erlenmeyerkolben mit 50 mm Polytetrafluorethylen (PTFE) auskleiden.
   2. Den Kolben mit einem Gummiseptum verschließen und auf eine Heizrührplatte legen. Legen Sie einen Temperaturfühler durch das Septum in di....

Ergebnisse

Expandiertes Chitin zeigt unabhängig von der Trocknungsmethode die gleiche Morphologie. Abbildung 3 zeigt Bilder von sauberen Chitinflocken (Abbildung 3A1), ofengetrocknetem expandiertem Chitin (Abbildung 3B1) und lyophilisiertem expandiertem Chitin (Abbildung 3C3). Während die ordentlichen Flocken das Aussehen von grobem Sand haben, hat der expandierte Chitinschaum das Aussehen eines Kerns aus gep.......

Diskussion

Die vorgeschlagene Methode zur Herstellung von Chitinschaum ermöglicht die Herstellung solcher Schäume, ohne dass spezielle Geräte oder Techniken erforderlich sind. Die Herstellung des Chitinschaums beruht auf der Suspension von Natriumhydrid in einem Chitin-Sol-Gel. Der Kontakt mit Wasser aus der Atmosphäre induziert die Gelierung der Chitinmatrix und die Entwicklung von Wasserstoffgas durch Zersetzung des Natriumhydrids. Daher sind die kritischen Schritte der Zubereitung (1) die Bildung des Sol-Gels, (2) die Einführung.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Ammoniumbikarbonat	Sigma-Aldrich	9830	NH4HCO3, ≥ 99,5 %
Chitin	Sigma-Aldrich	C7170	Pandalus borealis, praktisches
Kolorimeter	Hanna Instruments	HI83399-01	Photometer für die Abwasseranalyse
Kupfer High Range	Checker Hanna Instruments	HI702	Bicinchoninat kolorimetrische Titration
Kupfernitrathydrat	Sigma-Aldrich	223395	Cu(NO3)2 & Middot; 2,5 H2O, 98 %
Dimethylacetamid (DMAc)	Sigma-Aldrich	271012	wasserfrei, 99,8 %
IR Spektralphotometer	Thermo Nicolet	Nexus 670	Ausgestattet mit einer ATR-Zelle
Lithiumchlorid	Sigma-Aldrich	310468	LiCl, ≥ 99 %
N2 Physisorptionsapparatur	Micromeritics	Tristar II
Salpetersäure	BDH	BDH7208-1	HNO3, 0,1 N
Rasterelektronenmikroskop	Zeiss LEO	1430 VP	15 kV, Sekundärelektronendetektor, 29-31 mm Arbeitsabstand
Natriumhydrid	Sigma-Aldrich	223441	NaH, verpackt in Mineralöl, 90 %
Thermogravimetrisch Analysator	TA Instruments	Q500	100 ml/min N2, 10 ° C/min bis 800 ° C
Wasseraufbereitungssystem	Millipore Milli-Q		Typ A Wasser (18 MΩ)
Röntgendiffraktometer	Rigaku	Ultima IV	Cu K-& alpha; Strahlung, 8.04 keV