Name: Groen en Low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose Nanokristallen en nanofibrillen Met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 25 s
Description: Leer een groene methode voor de productie van thermisch stabiele, gecarboxyleerde cellulose nanokristallen en nanofibrillen met behulp van recycleerbare dicarbonzuren.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dit werk werd uitgevoerd terwijl Bian, Chen en Wang waren op bezoek Ph.D. studenten aan de US Forest Service, Forest Products Laboratory (FPL), Madison, WI, en op de officiële regering tijdstip van Zhu. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de USDA Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) Concurrerende Grant (No. 2011-67009-20056), de Chinese State Forestry Administration (Project No. 2015-4-54), de National Natural Science Foundation van China (Project No. 31470599), Guangzhou Elite Project van China, en China Scholarship Fund. De financiering van deze programma&#39;s gemaakt van de bezoekende benoemingen van Bian, Chen en Wang op FPL mogelijk.

LET OP: Gebleekte eucalyptus kraftpulp (BEP) en ongebleekte gemengde hardhout kraft pulp (UMHP) vezels uit commerciële bronnen werden gebruikt als grondstof voor de productie van CNC en CNF. Commercieel maleïnezuur gekocht werden gebruikt voor hydrolyse. Hydrolyseomstandigheden waren zuur concentraties van 60 gew% bij 100 ° C gedurende 60 min en 120 ° C (geen kookpunt bij atmosferische druk) gedurende 120 min, BEP en UMHP respectievelijk. 1. Bereiding geconcentreerd dicarbonzuur Solution <ol><li> Warmte 40 mL gedeïoniseerd (DI) water in een meervoudige-hals kolf in een vloeistof glycerol bad op een verwarmingsplaat op ongeveer 85 ° C. </li><li> Voeg 60 g watervrij maleïnezuur in de kolf van een 60 gew% oplossing met magnetisch roeren maken. Met de dichtheden van de zuuroplossingen eerder gerapporteerde 15, berekent de benodigde hoeveelheid water en zuur maken van de zure oplossing bij de aangegeven massaconcentratie. </li><li> Verwarm de oplossing van het dehydrolyse gewenste temperatuur van 100 of 120 ° C (geen kokend door hoge concentraties dicarbonzuur). </li></ol> 2. hydrolysereactie <ol><li> Zodra de zure oplossing bij een temperatuur, voeg 10 g gedroogd (OD) van BEP of UMHP vezels in 80 ml dicarbonzuur-oplossing (1,1) onder voortdurend roeren. <ol><li> Breng een hoeveelheid van het zure hydrolysaat (ongeveer 2 ml) aan het einde van de vooraf bepaalde reactietijd van 60 minuten voor beëindiging van de hydrolyse door toevoeging van 160 ml 80 ° C DI water. </li></ol></li><li> Verdun 0,5 ml van de bemonsterde hydrolysaat voor suiker en zuurconcentratie analyses. 15 Let op de resterende hydrolysaat monster voor kristallisatie die plaatsvinden tijdens het koeren tot kamertemperatuur. </li><li> Scheid het hydrolysaat van het gehydrolyseerde pulp door vacuümfiltratie over een papieren filter in een Buchner trechter. LET OP: Deze scheiding moet vrij snel plaatsvinden voordat de temperatuur daalt en het zuurjenevers te kristalliseren uit de oplossing. Vanwege de hoge ionische sterkte van de zure oplossing, de CNC&#39;s gegenereerd in hydrolyse agglomeraat en blijven met de FCSR residuen. Ongeveer 80-90% van het zuur wordt verwijderd door het filtraat. </li></ol> 3. CNC Scheiding <ol><li> Was het gefilterde vaste stoffen uit paragraaf 2 met behulp van DI-water en verdunnen tot ongeveer 1% totale vaste stoffen met DI-water. Centrifugeer het filtraat bij 11.960 xg gedurende 10 min. </li><li> Decanteer de bovenstaande vloeistof. Herhaal het wassen en filtratie proces met verse DI water tot de bovenste is troebel. De troebelheid duidt dat de ionensterkte van de oplossing voldoende gedaald om de CNC te verspreiden en beginnen colloïdale worden. </li><li> Meng de troebele bovenstaande vloeistof met de vaste gehydrolyseerde pulp (2.3). Dialyseer het mengsel in een dialysezak (MWCO 14 kDa) gebruikt gedeïoniseerd water tot de geleidbaarheid van de vloeistof benadert DI water. Meet de geleidbaarheid met behulp van een geleiding meter. </li><li> Centrifugeer het gedialyseerde monster bij 3500 xg gedurende 10 min voor een CNC dispersie in de waterfase te verkrijgen. Bewaar de neerslag fase, dat wil zeggen, FCSR voor CNF productie. </li><li> Bepaal CNC opbrengst van de afgemeten hoeveelheid CNC in de dispersie met een COD eerder beschreven werkwijze 3, 18. </li></ol> 4. CNF Production <ol><li> Bepaal de opbrengst van neergeslagen FCSR door gravimetrische metingen na het scheiden van de CNC dispersie. Droog de FCSR bij 105 ° C en meet de oven drooggewicht van de FCSR opzichte van het aanvankelijke oven drooggewicht van BEP of UMHP gebruikte vezels. </li><li> Mechanisch fibrilleren de FCSR bij vezelsuspensie van 0,5% door achtereenvolgens passeren van de suspensie 3 maal door een 200 micrometer opening kamer gevolgd door 2 keer door een 87 urn opening kamer, allemaal op 100 MPa. </li></ol> 5. Atomic Force Microscopy (AFM) Imaging <ol><li> Sonificeer ongeveer 0,01 gew% CNC of CNF suspensions gedurende 2 min. Deponeren een druppel van de suspensie gedispergeerd op een mica substraat. Lucht-droog de neergeslagen suspensie bij omgevingstemperatuur. </li><li> Neem AFM beelden van de lucht gedroogd CNCs en CNF &#39;s in de trilstand te tikken met behulp van het protocol van de fabrikant. Analyseren van de AFM beelden van ongeveer 100 individuele CNCs of CNF &#39;s met behulp van commerciële software tot uitkeringen diameter en lengte te verkrijgen. </li></ol> 6. Fourier Transform Inferred (FTIR) Afmetingen <ol><li> Gebruik een commercieel FTIR spectrofotometer met een universele verzwakte-total-reflectie (ATR) sonde naar de resulterende CNC en CNF monsters analyseren, samen met de originele BEP en UMHP vezels estergroepen te identificeren. </li><li> Noteer de absorptie spectra van de monsters in een golflengtegebied tussen 450 - 4000 cm -1 met een resolutie van 4 cm -1 en 4 scans per monster. </li></ol> 7. conductometric titratie <ol><li> Gebruik conductometrische titratie naar toe quantify de inhoud carboxyl groep monsters gevolg van verestering van het dicarbonzuur. </li><li> Voeg CNC of CNF ophanging met 50 mg (OD) van CNCs of CNF &#39;s in 120 ml van 1 mM NaCl oplossing. Titreer het mengsel door toevoeging van ongeveer 0,2 ml 2 mM NaOH bij 30 s intervallen. </li><li> Meet de geleidbaarheid met een geleidbaarheid meter. Vind het buigpunt (het laagste punt) van de geleidbaarheid curve tijdens toevoeging NaOH. </li><li> Bereken de hoeveelheid carboxylgroepen (mmol / l) op basis van de geconsumeerde NaOH ten opzichte van het buigpunt met behulp van de volgende vergelijking waarin c de concentratie van de NaOH-oplossing (mol / l), V het volume van de toegevoegde NaOH oplossing (ml ), m de massa van CNCs of CNF &#39;OD gewicht (g). <img alt="Vergelijking" src="/files/ftp_upload/55079/55079eq1.jpg" /></li></ol> 8. CNC en CNF thermische stabiliteit Bepaling <ol><li> Voeren thermische afbraak metingen aan Thij CNC en CNF monsters door thermogravimetrische analyse (TGA). </li><li> Blaas de oven met een hoge zuiverheid stikstofstroom bij 20 ml / min om ongewenste oxidatieve afbraak te voorkomen. De monsters worden bij 50 ° C gedurende 4 uur voor het testen. Gebruik een steekproef van 5 mg in droog gewicht. </li><li> Noteer het gewicht van het monster de oventemperatuur verhoogd van omgevingstemperatuur tot 600 ° C bij een verwarmingssnelheid van 10 ° C / min. </li><li> Normaliseren van de gemeten gewichtsverlies door het aanvankelijke gewicht. </li><li> Voeren afzonderlijke thermische stabiliteit testen van CNC en CNF monsters in een oven bij 105 ° C. Noteer de kleurverandering van de monsters na 4 en 24 uur bij traditionele fotografie. </li></ol> 9. X-ray diffractie <ol><li> Druk gevriesdroogd CNC of CNF monsters bij 180 MPa tot pellets maken zoals eerder beschreven. 5 Gedrag groothoek röntgendiffractie metingen van de pellet met behulp van Cu-Ka straling op een X-ray diffractometer in het 2θ bereik van 10-38° in stappen van 0,02 °. </li><li> Bereken de kristalliniteit index (CRI) van een pellet met behulp van de methode Segal 19 (zonder basislijn aftrekken). </li></ol>

<ol><li>Giese, M., Blusch, L. K., Khan, M. K., MacLachlan, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+Materials+from+Cellulose-Derived+Liquid-Crystal+Templates%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Functional Materials from Cellulose-Derived Liquid-Crystal Templates.</a> Angew Chem Int Ed. 54 (10), 2888-2910 (2015).</li>
<li>Zhu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wood-Derived+Materials+for+Green+Electronics%2C+Biological+Devices%2C+and+Energy+Applications+%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Wood-Derived Materials for Green Electronics, Biological Devices, and Energy Applications .</a> Chem. Rev. , (2016).</li>
<li>Wang, Q. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approaching+zero+cellulose+loss+in+cellulose+nanocrystal+%28CNC%29+production%3A+recovery+and+characterization+of+cellulosic+solid+residues+%28CSR%29+and+CND%5BTitle%5D)+AND+%22Cellulose%22%5BJournal%5D)">Approaching zero cellulose loss in cellulose nanocrystal (CNC) production: recovery and characterization of cellulosic solid residues (CSR) and CND.</a> Cellulose. 19 (6), 2033-2047 (2012).</li>
<li>Hamad, W. Y., Hu, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure-process-yield+interrelations+in+nanocrystalline+cellulose+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Can+J+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Structure-process-yield interrelations in nanocrystalline cellulose extraction.</a> Can J Chem Eng. 88 (3), 392-402 (2010).</li>
<li>Chen, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+yield+and+characteristics+of+wood+cellulose+nanocrystals+%28CNC%29+using+concentrated+acid+hydrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Cellulose%22%5BJournal%5D)">Tailoring the yield and characteristics of wood cellulose nanocrystals (CNC) using concentrated acid hydrolysis.</a> Cellulose. 22 (3), 1753-1762 (2015).</li>
<li>Mukherjee, S. M., Woods, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((X-ray+and+electron+microscope+studies+of+the+degradation+of+cellulose+by+sulphuric+acid%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim+Biophys+Acta%22%5BJournal%5D)">X-ray and electron microscope studies of the degradation of cellulose by sulphuric acid.</a> Biochim Biophys Acta. 10 (4), 499-511 (1953).</li>
<li>Camarero Espinosa, S., Kuhnt, T., Foster, E. J., Weder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+of+thermally+stable+cellulose+nanocrystals+by+phosphoric+acid+hydrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Isolation of thermally stable cellulose nanocrystals by phosphoric acid hydrolysis.</a> Biomacromolecules. 14 (4), 1223-1230 (2013).</li>
<li>Yu, H. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+extraction+of+thermally+stable+cellulose+nanocrystals+with+a+high+yield+of+93%25+through+hydrochloric+acid+hydrolysis+under+hydrothermal+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Chem%2C+A%22%5BJournal%5D)">Facile extraction of thermally stable cellulose nanocrystals with a high yield of 93% through hydrochloric acid hydrolysis under hydrothermal conditions.</a> J Mater Chem, A. 1 (12), 3938-3944 (2013).</li>
<li>Leung, A. C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+and+properties+of+carboxylated+cellulose+nanocrystals+prepared+from+a+novel+one-step+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Characteristics and properties of carboxylated cellulose nanocrystals prepared from a novel one-step procedure.</a> Small. 7 (3), 302-305 (2011).</li>
<li>Saito, T., Isogai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TEMPO-mediated+oxidation+of+native+cellulose.+The+effect+of+oxidation+conditions+on+chemical+and+crystal+structures+of+the+water-insoluble+fractions%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">TEMPO-mediated oxidation of native cellulose. The effect of oxidation conditions on chemical and crystal structures of the water-insoluble fractions.</a> Biomacromolecules. 5 (5), 1983-1989 (2004).</li>
<li>Yang, H., Chen, D. Z., van de Ven, T. G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+sterically+stabilized+nanocrystalline+cellulose+obtained+by+periodate+oxidation+of+cellulose+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Cellulose%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of sterically stabilized nanocrystalline cellulose obtained by periodate oxidation of cellulose fibers.</a> Cellulose. 22 (3), 1743-1752 (2015).</li>
<li>Huang, Y. B., Fu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrolysis+of+cellulose+to+glucose+by+solid+acid+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Hydrolysis of cellulose to glucose by solid acid catalysts.</a> Green Chem. 15 (5), 1095-1111 (2013).</li>
<li>Shimizu, K. I., Satsuma, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+rational+control+of+solid+acid+catalysis+for+green+synthesis+and+biomass+conversion%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Toward a rational control of solid acid catalysis for green synthesis and biomass conversion.</a> Energy & Environ Sci. 4 (9), 3140-3153 (2011).</li>
<li>Wang, Q. Q., Zhu, J. Y., Considine, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong+and+optically+transparent+films+prepared+using+cellulosic+solid+residue+%28CSR%29+recovered+from+cellulose+nanocrystals+%28CNC%29+production+waste+stream%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Strong and optically transparent films prepared using cellulosic solid residue (CSR) recovered from cellulose nanocrystals (CNC) production waste stream.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5 (7), 2527-2534 (2013).</li>
<li>Chen, L. H., Zhu, J. Y., Baez, C., Kitin, P., Elder, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+thermal-stable+and+functional+cellulose+nanocrystals+and+nanofibrils+produced+using+fully+recyclable+organic+acids%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Highly thermal-stable and functional cellulose nanocrystals and nanofibrils produced using fully recyclable organic acids.</a> Green Chem. 18, 3835-3843 (2016).</li>
<li>Fischer, E., Speier, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Darstellungder+der+Ester%5BTitle%5D)+AND+%22Chemische+Berichte%22%5BJournal%5D)">Darstellungder der Ester.</a> Chemische Berichte. 28 (3), 3252-3258 (1895).</li>
<li>Allen, T. C., Cuculo, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellulose+derivatives+containing+carboxylic+acid+groups%5BTitle%5D)+AND+%22J+Polym+Sci%3A+Macromol+Rev%22%5BJournal%5D)">Cellulose derivatives containing carboxylic acid groups.</a> J Polym Sci: Macromol Rev. 7 (1), 189-262 (1973).</li>
<li>Wang, Q. Q., Zhao, X. B., Zhu, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+strong+acid+hydrolysis+of+a+bleached+kraft+pulp+for+producing+cellulose+nanocrystals+%28CNCs%29%5BTitle%5D)+AND+%22Ind+Eng+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Kinetics of strong acid hydrolysis of a bleached kraft pulp for producing cellulose nanocrystals (CNCs).</a> Ind Eng Chem Res. 53 (27), 11007-11014 (2014).</li>
<li>Segal, L., Creely, J. J., Martin, A. E., Conrad, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+empirical+method+for+estimating+the+degree+of+crystallinity+of+native+cellulose+using+the+X-ray+diffractometer%5BTitle%5D)+AND+%22+Text+Res+J%22%5BJournal%5D)">An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer.</a> Text Res J. 29 (10), 786-794 (1959).</li>
</ol>

Chen en Zhu zijn mede-uitvinders van een Amerikaans patent applicatie met behulp van dicarbonzuren voor CNC en CNF productie.

De dikkere CNC diameters van de CNC monsters van maleïnezuur hydrolyse resulteerde in een matige gemiddelde aspectverhouding 7,24 en 8,53 voor de CNCs van BEP en UMHP respectievelijk, ondanks hun lange stukken zoals hierboven besproken. De CNF &#39;had een langere en dunnere diameter, waardoor een grote aspectverhouding van 13,9 en 19,0 voor de CNCs van BEP en UMHP respectievelijk beide groter zijn dan de respectieve CNCs. Het is mogelijk om sterke mechanische fibrillatie om CNF diameter te reduceren tot het aspect rati...

Duurzame economische ontwikkeling vereist niet alleen het gebruik van grondstoffen die hernieuwbare en biologisch afbreekbaar zijn, maar maakt ook gebruik van groene en milieuvriendelijke technologieën voor het vervaardigen van een verscheidenheid aan bioproducten en biochemicaliën uit deze hernieuwbare grondstoffen te produceren. Cellulose nanomaterialen, zoals cellulose nanokristallen (CNC) en cellulose nanofibrillen (CNF), geproduceerd uit hernieuwbare lignocelluloses zijn biologisch afbreekbaar en hebben een unieke mechanische en optische eigenschappen die geschikt zijn voor het ontwikkelen van een scala aan bioproducten 1, 2. Helaas, bestaande technologieën voor de productie van cellulose nanomaterialen zijn of energie-intensief bij het gebruik van puur mechanische fibrillatie of ecologisch onhoudbaar als gevolg van niet-recycling of onvoldoende recycling van de verwerking van chemicaliën, zoals bij het gebruik van het geconcentreerde mineraal zuur hydrolyse proces 3-8 of oxidatie methoden 9- 11. Bovendien kan oxidatie methoden ook de productie van milieuvriendelijke giftige compounds door te reageren met lignocelluloses. Daarom is de ontwikkeling van groene productie technologieën voor de productie van cellulose nanomaterialen is van cruciaal belang om volledig gebruik te maken van de overvloedige en hernieuwbaar materiaal maken - lignocelluloses. Met behulp van zure hydrolyse om hemicellulose te lossen en depolymeriseren cellulose is een effectieve aanpak voor de productie van cellulose nanomaterialen. Vaste zuren zijn gebruikt voor de productie van suiker uit cellulose met het voordeel versnellingstype zuur terugwinning 12, 13. Eerdere studies met geconcentreerd mineraalzuur aan dat een lagere zuurconcentratie CNC verbeterde opbrengst en kristalliniteit 3, 5. Dit suggereert dat een sterk zuur cellulose kristallen beschadigen terwijl een mildere zure hydrolyse de eigenschappen en opbrengst van cellulose nanomaterialen kunnen verbeteren door de benadering van geïntegreerde productie en CNC met CNF 3, 14. Hier leggen we een methode met behulp van geconcentreerde vaste dicarbonzuren hydrolyse tot produce CNC samen met CNF 15. Deze dicarbonzuren hebben een lage oplosbaarheid bij lage of omgevingstemperaturen, en kunnen daarom gemakkelijk worden teruggewonnen door de volwassen kristallisatietechnologie. Ze hebben ook goede oplosbaarheid bij verhoogde temperaturen die geconcentreerd zuurhydrolyse vergemakkelijkt zonder verwarmen of gebruik drukvaten. Omdat deze zuren hebben ook een hogere pKa dan typische minerale zuren voor CNC productie, het gebruik ervan leidt tot goede CNC kristalliniteit, ondanks lagere CNC opbrengst, met een aanzienlijke hoeveelheid van cellulosehoudende vaste residu (FCSR of gedeeltelijk gehydrolyseerde vezels) nog door onvolledige cellulose depolymerisatie. De FCSR kan worden gebruikt om CNF produceren door middel van daaropvolgende mechanische fibrillatie gebruik van lage energie-input. Daarom cellulose verlies aan suikers is minimaal vergeleken met die minerale zuren. Het is bekend dat carbonzuren cellulose kan veresteren met Fisher-Speier verestering 16. Het toepassen van dicarbonzuren cellulose kan resulteren in een semi-zuur un-verknoopte esters 17 (of carboxylering), om gecarboxyleerde CNC en CNF produceren als we eerder aangetoond 15. De methode die hier beschreven kan produceren gecarboxyleerde en thermisch stabiel CNF en CNC dat is ook zeer kristallijn van ofwel gebleekt of ongebleekt pulp terwijl relatief eenvoudig en hoge chemische terugwinning en het gebruik van lage energie-input.

<table><tbody><tr><td>Bleached eucalypus pulp&nbsp;</td><td>Aracruz Cellulose</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Unbleached mixed hardwood kraft pulp&nbsp;</td><td>International Paper&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Maleic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M0375-1KG/CAS110-16-7</td><td>Poeder; test: 99,0% (HPLC)</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5516-4L/CAS56-81-5</td><td></td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S318-500/CAS1310-73-2, 497-19-8</td><td>Gecertificeerd ACS</td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Mallinckrodt</td><td>7581-12/CAS7647-14-5</td><td>Kristal, AR</td></tr><tr><td>Cupriethylenediamine solution</td><td>GFS Chemicals</td><td>E32103-1L/CAS14552-35-3</td><td>1 M, voor bepaling van oplossingsviscositeit van pulp</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A18-500/CAS67-64-1</td><td>Gecertificeerd ACS</td></tr><tr><td>Accu-TestTM Vials voor COD-testen</td><td>Bioscience, Inc.</td><td>01-215-28</td><td>COD-testen voor 20 tot 900&nbsp;mg/L standaardbereikconcentratie</td></tr><tr><td>Verwarmingsplaat</td><td>IKA</td><td></td><td>Modus: C-MAD HS7 digitaal</td></tr><tr><td>Magneetstreep</td><td>ACE Glass</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pyrex driehalsronde bodemkolf</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS4965B500-1EA</td><td></td></tr><tr><td>Dialyseslang cellulosemembraan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9402-100FT</td><td>Typisch moleculair gewicht cut-off = 14.000 kDa</td></tr><tr><td>Weggeef aluminium schotels</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z154857-1PAK</td><td>Cirkels, 60 mm</td></tr><tr><td>Desintegrator</td><td>Testing Machines Inc. (TMI)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microfluidizer</td><td>Microfluidics Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Qsonica LLC.</td><td></td><td>Modus: 3510R-MT, 50-60&nbsp;Hz, 180&nbsp;W</td></tr><tr><td>Zeta potentiaal analyzer</td><td>Brookhaven Instruments Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTIR</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Conductometrisch titrator</td><td>Yellow Springs Instrument (YSI)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TGA analyzer</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>X-ray diffractometer</td><td>Bruker Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AFM beeldvorming&nbsp;</td><td>AFM Workshop</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEM beeldvorming</td><td>Carl Zeiss</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

groen en low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose nanokristallen en nanofibrillen met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

Hier laten we zien potentieel lage kosten en de groene producties van hoog thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose nanokristallen (CNCs) en nanofibrillen (CNF) van gebleekte eucalyptus pulp (BEP) en ongebleekte gemengde hardhout kraft pulp (UMHP) vezels met behulp van zeer goed te recyclen dicarbon- vaste zuren. Typische werkingsomstandigheden waren zuur concentraties van 50-70 gew% bij 100 ° C gedurende 60 min en 120 ° C (geen kookpunt bij atmosferische druk) gedurende 120 min, BEP en UMHP respectievelijk. De verkregen CNCs een hogere thermische degradatie temperatuur dan hun corresponderende voeder vezels en carbonzuurgroep gehalte 0,2-0,4 mmol / g. De lage sterkte (hoge pKa van 1,0-3,0) van organische zuren resulteerde ook in CNCs met beide langere lengtes van ongeveer 239-336 nm en een hogere kristalliniteit dan CNCs geproduceerd met behulp van minerale zuren. Cellulose verlies voor suiker was minimaal. Cellulosehoudende vaste residu (FCSR) vanaf het dicarbonzuur hydrolyse werd gebruiktproduceren gecarboxyleerde CNF &#39;s door middel van daaropvolgende mechanische fibrillatie met een lage energie-input.

Typische AFM afbeeldingen van de CNC en CNF van BEP en UMHP samen met overeenkomstige SEM afbeeldingen van het voedingszuur gehydrolyseerd vezels zijn getoond in figuren 1 en 2. De beelden tonen duidelijk de aanzienlijke verlaging van de vezellengte door zure hydrolyse met minimale veranderingen in vezeldiameters (te vergelijken met figuur 1a 1b en 2a met 2b). De verkorte vezellengte werd ook uit het gemeten cellulose p...

Hier laten we een nieuwe werkwijze voor groene en duurzame productie van zeer thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose nanokristallen (CNC) en nanofibrillen (CNF) middels recyclebare vaste dicarbonzuren.

Groen en Low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose Nanokristallen en nanofibrillen Met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Het algemene doel van deze procedure is om de geïntegreerde productie van gecarboxyleerde, thermisch stabiele cellulose nanokristallen met cellulose nanofibrillen uit cellulosische grondstoffen te demonstreren met behulp van vaste dicarbonzuren met eenvoudige zuurterugwinning. Deze methode helpt ons het antwoord te geven op de vraag hoe we met nanomaterialen kunnen produceren. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat de resultaten van materialen evenzeer zeer stabiel, gecarboxyleerd zijn, en de zuren die we gebruiken gemakkelijk kunnen worden gerecycled, om dus nog meer stabiliteit te bereiken.Om met de procedure te beginnen, plaatst u 40 mL gedeïoniseerd water en een magnetische roerstaaf in een driehalsige, ronde bodemfles. Verwarm het water tot 85 graden Celsius met een vloeibare glycerolbad. Voeg vervolgens 60 g watervrije maleïnezuur toe aan de fles en roer tot het volledig is opgelost om een oplossing van 60 gewichtspercent moleïnezuur te verkrijgen.Verwarm de oplossing tot 100 graden Celsius onder roeren. Voeg vervolgens 10 g ovengedroogde, gebleekte eucalyptus kraftpulp toe en roer het mengsel een uur lang om de pulp te hydrolyseren. Bereid tijdens de hydrolyse

green-low-cost-production-thermally-stable-carboxylated-cellulose

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Source: Arias, S. L., et al. Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (2016).This video demonstrates the production of nanocellulose by culturing cellulose-producing bacteria in a nutrient medium containing mannitol. The bacteria metabolize mannitol into glucose, which is then polymerized and extruded as glucan chains that crystallize into cellulose sheets, forming a three-dimensional matrix at the air–liquid interface. The...

Preparation of Bacterial Nanocellulose Pellicles from Cellulose-Producing Bacteria

Het doel van dit onderzoek was om synthetische plantencelwand weefsel te vormen met behulp van laag-voor-laag assemblage van nanocellulose fibrillen en geïsoleerde lignine samengesteld uit verdunde waterige suspensies. Oppervlakte meettechnieken kwartskristal microbalans en atomic force microscopie werden gebruikt om de vorming van de polymeer-polymeer nanocomposiet controleren.

Richting biomimetische Hout: Fabricated Vrijstaande Films van nanocellulose, Lignine, en een synthetische polycation

We presenteren een nieuwe werkwijze voor het vervaardigen stijve en robuuste korte natuurlijke vezel preforms met behulp van een papierfabricage proces. Bacteriële cellulose fungeert tegelijkertijd als bindmiddel voor de losse vezels en geeft stijfheid aan de vezel preforms. Deze preforms kunnen worden toegediend met een hars om echt groen hiërarchische composieten te produceren.

Productie Van Robuuste Natural Fiber Preformen Gebruik makend Bacteriële Cellulose als Binder

Syntheseschema's om zeer stabiele haarvormige nanodeeltjes op basis van houtvezels en functionele biopolymeren op basis van cellulose zijn gedetailleerd beschreven.

Sterk Stabiel, Functioneel Hairy Nanodeeltjes en Biopolymeren uit houtvezels: Towards Sustainable Nanotechnologie

Een synthesemethode voor cellulose nano vezel biotemplated Palladium composiet aerogels wordt gepresenteerd. De resulterende samengestelde Aerogel-materialen bieden mogelijkheden voor katalyse-, sensing-en waterstof gasopslagtoepassingen.

Synthesemethode voor cellulose nano vezel Biotemplated Palladium composiet Aerogels

OrganoCat is een methode voor de voorbehandeling en fractionering van lignocellulose onder milde omstandigheden tot lignine, fermenteerbare suikers en cellulosepulp. In een bigene, bifasische oplosmiddelensysteem van water en 2-methyltetrahydrofuraan met 2,5-furancarbonzuur als katalysator, worden de OrganoCat-producten in situ gescheiden voor eenvoudige productterugwinning.

Fractionering van lignocellulosische biomassa met behulp van het OrganoCat-proces

Een voorbeeld van een closed-loop benadering van een circulaire materialeneconomie wordt hier beschreven. Een hele duurzame cyclus wordt gepresenteerd waarbij biobased semi-aromatische polyesters worden ontworpen door polymerisatie, depolymerisatie en vervolgens opnieuw worden gepolymeriseerd met slechts kleine veranderingen in hun opbrengst of uiteindelijke eigenschappen.

Ontworpen voor moleculaire recycling: een lignine-afgeleid semi-aromatisch biobased polymeer

Dit protocol presenteert een eenvoudige, goedkope methode om bacteriële cellulose (BC) bollen te vormen. Dit biomateriaal kan functioneren als een inkapselingsmedium voor vaste materialen, waaronder biochar, polymeerbollen en mijnafval.

Bacteriële cellulosebollen die vaste materialen inkapselen

Dit protocol benadrukt een methode om snel de biocompatibiliteit van een kristallijne nanocellulose (CNC) / agarose composiet hydrogel biomateriaal inkt met muis beenmerg-afgeleide mestcellen te beoordelen in termen van cel levensvatbaarheid en fenotypische expressie van de celoppervlak receptoren, Kit (CD117) en hoge affiniteit IgE receptor (FcεRI).

Fabricage van een kristallijne nanocellulose ingebedde agarose biomateriaal inkt voor beenmerg-afgeleide mestcelkweek

We beschrijven nieuwe, eenvoudige methodologieën voor synthese en karakterisering van biocompatibele lignine micro- en submicrondeeltjes. Deze formuleringen bieden een gemakkelijke benadering voor het gebruik van het heteropolymeer, evenals een alternatief voor het rationele ontwerp van multifunctionele draagmatrices met potentiële toepasbaarheid in de biogeneeskunde, farmaceutische technologie en de voedingsindustrie.

Groene synthese, karakterisering, inkapseling en meting van het afgiftepotentieel van nieuwe alkali lignine micro-/submicron deeltjes

Leer een groene methode voor de productie van thermisch stabiele, gecarboxyleerde cellulose nanokristallen en nanofibrillen met behulp van recycleerbare dicarbonzuren.

Groen en Low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose Nanokristallen en nanofibrillen Met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren (Video) | JoVE Journal

Groen en Low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose Nanokristallen en nanofibrillen Met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren

Meer video's verkennen