Ici, nous démontrons une nouvelle méthode pour les productions écologiques et durables de nanocristaux très stables à la chaleur et carboxylés cellulose (CNC) et nanofibrilles (CNF) en utilisant des acides dicarboxyliques solides hautement recyclables.
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Article de méthode
La production verte et à faible coût de très Recyclable acides dicarboxyliques thermostables et carboxylés Cellulose nanocristaux et nanofibrilles Utilisation
Dans cet article
Résumé
Résumé
Ici, nous démontrons potentiellement faible coût et productions vertes de nanocristaux élevées thermiquement stables et carboxylés cellulose (CNCs) et nanofibrilles (CNF) de pâte blanchie d'eucalyptus (MPE) et de fibres de feuillus mixtes pâte kraft non blanchie (UMHP) en utilisant dicarboxyliques hautement recyclable acides solides. Les conditions opératoires typiques sont les concentrations d'acide de 50 - 70% en poids à 100 ° C pendant 60 min et 120 ° C (pas d'ébullition à la pression atmosphérique) pendant 120 minutes, pour MPE et UMHP, respectivement. Les commandes numériques résultantes ont une température de dégradation thermique supérieure à celle des fibres d'alimentation correspondants et la teneur en groupe acide carboxylique, 0,2 à 0,4 mmol / g. La force faible (pKa élevé de 1,0 à 3,0) d'acides organiques a également entraîné CNCs avec les deux plus grandes longueurs d'environ 239-336 nm, et une cristallinité supérieure à celle CNCs produite en utilisant des acides minéraux. perte de cellulose en sucre était minime. Résidu solide fibreux cellulosique (RSW) à partir de l'hydrolyse acide dicarboxylique a été utilisé pourproduire CNF carboxylés par fibrillation mécanique ultérieure avec faible apport d'énergie.
Introduction
Le développement économique durable exige non seulement en utilisant des matières premières qui sont renouvelables et biodégradables, mais utilise également des technologies de fabrication respectueux de l'environnement vert et pour produire une variété de bioproduits et de produits biochimiques à partir de ces matières premières renouvelables. Nanomatériaux de cellulose, tels que des nanocristaux de cellulose (CNC) et nanofibrilles de cellulose (CNF), fabriqués à partir de lignocellulose renouvelables sont biodégradables et ont des propriétés mécaniques et optiques uniques appropriées pour développer une gamme de bioproduits 1, 2. Malheureusement, les....
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Protocole
NOTE: Blanchi eucalyptus pâte kraft (MPE) et de feuillus mélangés pâte kraft non blanchie (UMHP) des fibres provenant de sources commerciales ont été utilisés comme matière première pour la production CNC et CNF. les acides maléique commerciaux achetés ont été utilisés pour l'hydrolyse. Les conditions d'hydrolyse sont des concentrations d'acide de 60% en poids à 100 ° C pendant 60 min et 120 ° C (pas d'ébullition à la pression atmosphérique) pendant 120 minutes, pour MPE et UMHP, respectivement.
1. Préparation de la solution concentrée acide dicarboxylique
- Chaleur 40 ml d'eau déionisée (DI) dans un ballon à ....
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Résultats
Images AFM typiques de la CNC et CNF de MPE et UMHP ainsi que des images MEB correspondantes des fibres hydrolysées d'acide d'alimentation sont présentés dans les figures 1 et 2. Les images montrent clairement les réductions substantielles de la longueur des fibres par hydrolyse acide avec des changements minimes dans des diamètres de fibres ( en comparant la figure 1a avec 1b, 2a et 2b avec). La longueur des fi.......
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Discussion
Les plus épais diamètres CNC des échantillons CNC à partir de l'hydrolyse de l'acide maléique ont donné lieu à un rapport d'aspect moyen modéré 7.24 et 8.53, pour la CNCs de MPE et UMHP, respectivement, en dépit de leurs longues longueurs comme indiqué plus haut. Le CNF avait une longueur et un diamètre plus mince, ce qui a donné lieu à un grand rapport d'aspect de 13,9 et 19,0, pour la CNCs de MPE et UMHP, respectivement, à la fois supérieure à leur CNCs respectif. Il est possible d'utiliser la fibr.......
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Déclarations de divulgation
Chen et Zhu sont co-inventeurs d'une demande de brevet US en utilisant des acides dicarboxyliques pour CNC et CNF production.
Remerciements
Ce travail a été effectué alors que Bian, Chen et Wang étaient en visite Ph.D. les étudiants de l'US Forest Service, Forest Products Laboratory (FPL), Madison, WI, et sur le temps officiel du gouvernement de Zhu. Ce travail a été partiellement financé par l'USDA Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) Subvention compétitive (n ° 2011-67009-20056), l'Administration forestière chinoise (Projet n ° 2015-4-54), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (projet n ° 31470599), Project Elite Guangzhou de Chine, et le Fonds de bourses d'études en Chine. Le financement de ces programmes a procédé aux nominations visite de Bian, Chen et Wa....
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Pulpe d’eucalyptus blanchie ; | Aracruz Cellulose | ||
| Pâte kraft de bois dur mixte non blanchie ; | International Paper ; | ||
| Acide maléique | Sigma-Aldrich | M0375-1KG/CAS110-16-7 | Poudre ; dosage : 99.0 % (HPLC) |
| Glycérol | Sigma-Aldrich | G5516-4L/CAS56-81-5 | |
| Hydroxyde de sodium | Fisher Scientific | S318-500/CAS1310-73-2, 497-19-8 | Certifié ACS |
| Chlorure de sodium | Mallinckrodt | 7581-12/CAS7647-14-5 | Cristal, AR |
| Solution de cupriéthylènediamine | GFS Chemicals | E32103-1L/CAS14552-35-3 | 1 M, pour la détermination de la viscosité de la solution des pulpes |
| Acétone | Fisher Scientific | A18-500/CAS67-64-1 | Certifié ACS |
| Accu-TestTM Flacons pour test de DCO | Bioscience, Inc. | 01-215-28 | Dépistage de la DCO pour les enfants de 20 à 900 mg/L Concentration dans la gamme standard |
| Plaque chauffante | Mode IKA | : C-MAD HS7 numérique | |
| d’agitation magnétique | Verre ACE Pyrex | ||
| Fiole à trois cols à fond rond | Sigma-Aldrich | CLS4965B500-1EA | |
| Tube de dialyse Membrane cellulosique | Sigma-Aldrich | D9402-100FT | Seuil de coupure typique du poids moléculaire = 14 000 kDa |
| Jetable paraboles en aluminium | Sigma-Aldrich | Z154857-1PAK | Cercles, désintégrateur de 60 mm |
| Machines d’essai Inc.(TMI) | |||
| Microfluidizer | Microfluidics Corporation | ||
| Sonicator | Qsonica LLC. | Mode : 3510R-MT, 50-60 ; Hz, 180 ; W | |
| Analyseur de potentiel zêta | Brookhaven Instruments Corporation | ||
| FTIR | PerkinElmer | ||
| Yellow Springs Instrument (YSI) | |||
| Analyseur TGA | PerkinElmer | ||
| Diffractomètre à rayons X | Bruker Corporation | ||
| AFM imging ; | AFM Workshop Imagerie | ||
| MEB | Carl Zeiss |
Références
- Giese, M., Blusch, L. K., Khan, M. K., MacLachlan, M. J. Functional Materials from Cellulose-Derived Liquid-Crystal Templates. Angew Chem Int Ed. 54 (10), 2888-2910 (2015).
- Zhu, H., et al. Wood-Derived Materials for Green Electronics, Biologica....
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Réimpressions et autorisations
