Qui mostriamo un nuovo metodo per produzioni verdi e sostenibili di nanocristalli altamente termicamente stabili e carbossilati di cellulosa (CNC) e nanofibrils (CNF) utilizzando acidi dicarbossilici solidi altamente riciclabili.
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Articolo metodologico
Produzione Verde e basso costo di termicamente stabile e carbossilati cellulosa nanocristalli e Nanofibrils Utilizzando altamente riciclabile bicarbossilici Acidi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Qui mostriamo potenzialmente a basso costo e produzioni verdi di nanocristalli alti termicamente stabili e carbossilati di cellulosa (CNC Strumenti) e nanofibrils (CNF) da sbiancanti di eucalipto (BEP) e fibre grezze di legno duro misto polpa kraft (UMHP) utilizzando acidi solidi dicarbossilici altamente riciclabile. Condizioni operative tipiche erano le concentrazioni di acido di 50 - 70% in peso a 100 ° C per 60 min a 120 ° C (senza ebollizione a pressione atmosferica) per 120 min, per BEP e UMHP rispettivamente. I CNC risultanti hanno una temperatura di degradazione termica superiore loro fibre mangimi corrispondenti e contenuto di gruppi di acido carbossilico 0,2-0,4 mmol / g. La resistenza bassa (alta pKa di 1,0-3,0) di acidi organici ha portato anche in CNC con entrambe le lunghezze di circa 239-336 nm e superiori cristallinità di CNC prodotta con acidi minerali. perdita di cellulosa in zuccheri è stato minimo. Fibroso cellulosico residuo solido (FCSR) dall'idrolisi acido bicarbossilico è stato usato perprodurre CNFs carbossilati attraverso successive fibrillazione meccanica con l'input di energia a basso.
Introduzione
Lo sviluppo economico sostenibile richiede non solo con materie prime che sono rinnovabile e biodegradabile, ma utilizza anche tecnologie di produzione rispettosi verdi ed ambientali per produrre una varietà di prodotti biologici e biochimici di queste materie prime rinnovabili. Nanomateriali di cellulosa, come nanocristalli di cellulosa (CNC) e nanofibrils cellulosa (CNF), prodotto da lignocellulosa rinnovabili sono biodegradabili e hanno proprietà meccaniche e ottiche uniche adatte per lo sviluppo di una gamma di bioprodotti 1, 2. Purtroppo, le tecnologie esistenti per la produzione di nanomateriali di cellulosa sono sia ad alta intensità energetica quan....
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Protocollo
NOTA: sbiancato eucalyptus kraft pulp (BEP) e non sbiancata di legno duro misto polpa kraft (UMHP) fibre provenienti da fonti commerciali sono stati utilizzati come materia prima per la produzione CNC e CNF. maleico commerciali acquistati sono stati utilizzati per l'idrolisi. condizioni di idrolisi erano concentrazioni di acido di 60% in peso a 100 ° C per 60 min a 120 ° C (senza ebollizione a pressione atmosferica) per 120 min, per BEP e UMHP rispettivamente.
1. Preparazione della soluzione concentrata di acidi dicarbossilici
- Calore 40 mL di acqua deionizzata (DI) in un pallone a più collo in un bagno di glicerolo liquido ....
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Risultati
Immagini AFM tipici del CNC e CNF da BEP e UMHP insieme con corrispondenti immagini SEM delle fibre idrolizzato acido mangimi sono illustrati nelle figure 1 e 2. Le immagini mostrano chiaramente le sostanziali riduzioni di lunghezza della fibra per idrolisi acida con minime modificazioni della diametri delle fibre (a confronto con la Figura 1a 1b e 2a con 2b). La lunghezza della fibra abbreviato si riflette anche dal gr.......
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Discussione
I diametri CNC spessore dei campioni CNC da idrolisi acido maleico determinato una moderata rapporto medio 7.24 e 8.53, per i CNC rispettivamente da BEP e UMHP, nonostante le loro lunghezze come discusso sopra. Il CNFs aveva una lunghezza e un diametro più sottile, che ha provocato una grande aspect ratio di 13,9 e 19,0, per il CNC rispettivamente da BEP e UMHP, sia superiore alla loro rispettiva CNC. È possibile utilizzare grave fibrillazione meccanica per ridurre il diametro CNF per migliorare il rapporto di aspetto, .......
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Dichiarazioni
Chen Zhu e sono co-inventori di una domanda di brevetto statunitense usando acidi dicarbossilici per la produzione CNC e CNF.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato condotto mentre Bian, Chen, e Wang sono stati in visita Ph.D. studenti presso l'US Forest Service, Forest Products Laboratory (FPL), Madison, WI, e sul tempo ufficiale del governo di Zhu. Questo lavoro è stato parzialmente supportato dal USDA Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) Sovvenzione competitivo (n ° 2011-67009-20056), i cinesi Amministrazione Forestale di Stato (Progetto n ° 2015-4-54), la National Science Foundation Naturale La Cina (Progetto n ° 31.470.599), Guangzhou Elite Progetto della Cina, e la Cina Scholarship Fund. Il finanziamento di questi programmi ha reso gli appuntamenti di visita di Bian, Chen, e Wang a FPL ....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Polpa di eucalipto sbiancata | Aracruz Cellulosa | ||
| Pasta kraft mista di legno duro non sbiancata | Carta internazionale | ||
| Acido maleico | Sigma-Aldrich | M0375-1KG/CAS110-16-7 | Polvere; dosaggio: 99,0% (HPLC) |
| Glicerolo | Sigma-Aldrich | G5516-4L/CAS56-81-5 | |
| Idrossido di sodio | Fisher Scientific | S318-500/CAS1310-73-2, 497-19-8 | Certificato ACS |
| Cloruro di sodio | Mallinckrodt | 7581-12/CAS7647-14-5 | Cristallo, AR |
| Soluzione di cuprietilendiammina | GFS Chemicals | E32103-1L/CAS14552-35-3 | 1 M, per la determinazione della viscosità della soluzione delle polpe |
| Acetone | Fisher Scientific | A18-500/CAS67-64-1 | Certificato ACS |
| Accu-TestTM Fiale per COD Testing | Bioscience, Inc. | 01-215-28 | Test COD per 20 a 900 mg/L concentrazione dell'intervallo standard |
| Piastra riscaldante | Modalità IKA | : C-MAD HS7 digitale | |
| Barra di agitazione magnetica | ACE Glass | ||
| Sigma-Aldrich | CLS4965B500-1EA | ||
| Tubo per dialisi membrana in cellulosa | Sigma-Aldrich | D9402-100FT | Cut-off tipico del peso molecolare = 14.000 kDa |
| Monouso piatti in alluminio | Sigma-Aldrich | Z154857-1PAK | Circles, 60 mm |
| Disintegrator | Testing Machines Inc.(TMI) | ||
| Microfluidizer | Microfluidics Corporation | ||
| Sonicator | Qsonica LLC. | Modalità: 3510R-MT, 50-60 Hz, 180 W | |
| Analizzatore di potenziale Zeta | Brookhaven Instruments Corporation | ||
| FTIR | PerkinElmer | ||
| Titolatore conduttometrico | Yellow Springs Instrument (YSI) | ||
| Analizzatore TGA | PerkinElmer | ||
| Diffrattometro a raggi X | Bruker Corporation | ||
| AFM imging | Workshop AFM Imaging | ||
| SEM Carl | Zeiss |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
