Prezentowany tutaj jest protokół ekstrakcji włókna ramie w systemie alkalicznego nadtlenku wodoru wspierany przez źródło alkaliów o kontrolowanym uwalnianiu.
Artykuł metodologiczny
Prezentowany tutaj jest protokół ekstrakcji włókna ramie w systemie alkalicznego nadtlenku wodoru wspierany przez źródło alkaliów o kontrolowanym uwalnianiu.
Ten protokół demonstruje metodę ekstrakcji włókien ramii poprzez szorowanie surowej ramii w systemie alkalicznego nadtlenku wodoru wspieranym przez źródło alkaliów o kontrolowanym uwalnianiu. Włókno pozyskiwane z ramii jest rodzajem materiału tekstylnego o dużym znaczeniu. W poprzednich badaniach włókno ramii ekstrahowano w alkalicznym systemie nadtlenku wodoru wspomaganym tylko wodorotlenkiem sodu. Jednak ze względu na silną zasadowość wodorotlenku sodu, szybkość reakcji utleniania nadtlenku wodoru była trudna do kontrolowania, a tym samym powodowała duże uszkodzenie traktowanego włókna. W tym protokole źródło zasad o kontrolowanym uwalnianiu, które składa się z wodorotlenku sodu i wodorotlenku magnezu, jest wykorzystywane do zapewnienia warunków alkalicznych i buforowania wartości pH systemu alkalicznego nadtlenku wodoru. Szybkość substytucji wodorotlenku magnezu może regulować wartość pH układu nadtlenku wodoru i ma duży wpływ na właściwości błonnika. Wartość pH i wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego (ORP), które reprezentują zdolność utleniania alkalicznego systemu nadtlenku wodoru, monitorowano odpowiednio za pomocą pH-metru i miernika ORP. Resztkową zawartość nadtlenku wodoru w alkalicznym układzie nadtlenku wodoru podczas procesu ekstrakcji oraz wartość chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) ścieków po ekstrakcji włókien bada się metodą miareczkowania KMnO4. Wydajność włókna jest mierzona za pomocą precyzyjnej wagi elektronicznej, a resztki gum błonnika są badane metodą analizy chemicznej. Stopień polimeryzacji (wartość PD) włókna jest badany metodą lepkości wewnętrznej przy użyciu wiskozymetru Ubbelohde. Wytrzymałość włókna na rozciąganie, w tym rozciąganie, wydłużenie i zerwanie, mierzy się za pomocą przyrządu do pomiaru wytrzymałości włókien. Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera i dyfrakcja rentgenowska służą do charakteryzowania grup funkcyjnych i właściwości krystalicznych światłowodu. Protokół ten dowodzi, że źródło alkaliów o kontrolowanym uwalnianiu może poprawić właściwości włókna ekstrahowanego w systemie alkalicznego nadtlenku wodoru.
Ramia, powszechnie znana jako „trawa chińska”, to wieloletnie zioło, którego włókno może służyć jako doskonały materiał dla przemysłu tekstylnego1,2. Jest jedną z głównych roślin uprawnych rodzimych dla Chin; produkcja ramii w Chinach odpowiada za ponad 90% całkowitego plonu na świecie1,2. Włókno ramii jest jednym z najmocniejszych i najdłuższych włókien roślinnych, charakteryzuje się połyskiem i niemal jedwabistym wyglądem3,4. Duża długość włókien ramii sprawia, że nadają się one do przędzenia pojedynczych włókien, co rzadko zdarza się w przypadku włókien łykowych. Tkaniny wykonane z włókien ramii posiadają wiele doskonałych właściwości, takich jak chłodzenie, działanie przeciwbakteryjne, doskonała przewodność cieplna, wentylacja itp.3,4
Celuloza jest głównym składnikiem włókien ramii, a pozostałe składniki, takie jak pektyny, lignina i substancje rozpuszczalne w wodzie, określa się mianem gum5,6. Włókna ramii można wyodrębnić poprzez rozpuszczanie gum w roztworach zawierających odczynniki chemiczne, w procesie zwanym odgumowaniem5,6. Istnieją głównie dwa podejścia do ekstrakcji włókien ramii: odgumowanie chemiczne i biodegumowanie. Zużycie energii, nakłady czasowe oraz wartość COD ścieków z odgumowania w tradycyjnym procesie chemicznym są dość wysokie, ponieważ włókna celulozowe są pozyskiwane poprzez przeciąganie surowej ramii w stężonym roztworze NaOH pod wysokim ciśnieniem przez 6 do 8 h7,8. Alternatywnie, biodegumowanie stanowi ekologiczną opcję ekstrakcji włókien ramii. Niemniej jednak, surowe warunki reakcji i skomplikowana aparatura ograniczają jego dalsze zastosowanie przemysłowe9,10. W związku z tym, odgumowanie przez utlenianie za pomocą alkalicznego nadtlenku wodoru stanowi wartościową alternatywę, ponieważ wymaga krótszego czasu i niższej temperatury procesu1,12. Jednakże, ze względu na silne właściwości utleniające nadtlenków, podczas procesu odgumowania może dojść do znacznej degradacji celulozy, co może poważnie uszkodzić właściwości włókien13,14. Jest to największa wada alkalicznego utleniania nadtlenkowego w odgumowaniu ramii.
W poprzednich badaniach włókna ramii były ekstrahowane w systemie alkalicznego nadtlenku wodoru wspomaganym wyłącznie wodorotlenkiem sodu15. Jednak ze względu na silną zasadowość wodorotlenku sodu, szybkość reakcji utleniania nadtlenku wodoru była trudna do kontrolowania, co prowadziło do znacznych uszkodzeń traktowanych włókien7. Aby poprawić właściwości włókien ramii, w niniejszym badaniu zastosowano źródło alkaliów o kontrolowanym uwalnianiu, składające się z wodorotlenku sodu i wodorotlenku magnezu, w celu zapewnienia warunków zasadowych i buforowania wartości pH systemu alkalicznego nadtlenku wodoru16,17.
Uzasadnienie zastosowania tej technologii można opisać w następujący sposób. Wodorotlenek magnezu jest słabo rozpuszczalny w wodzie destylowanej i może stopniowo rozpuszczać się w roztworze do usuwania gum przy zużyciu OH-, utrzymując wartość pH, a tym samym zdolność utleniającą roztworu do usuwania gum w odpowiednim zakresie18. Stopień podstawienia (SR) wodorotlenku magnezu definiuje się jako udział molowy NaOH zastąpionego wodorotlenkiem magnezu przy całkowitej dawce alkaliów wynoszącej 10%, a stopień podstawienia można obliczyć za pomocą następującego równania. Ponadto Mg2+ może zapobiegać degradacji celulozy spowodowanej nadmiernym utlenianiem19,20.

W tym równaniu M2 (g) to masa Mg(OH)2, M1 (g) to masa NaOH, 40 to masa cząsteczkowa NaOH, 58 to masa cząsteczkowa Mg(OH)2, 2 to liczba grup OH w Mg(OH)2, a SR to stopień substytucji.
Technologię opisanego protokołu można rozszerzyć na ekstrakcję, bielenie i modyfikację materiałów roślinnych w układzie alkalicznego nadtlenku wodoru. Należy jednak zauważyć, że kluczowe dla tej technologii jest dobranie wartości pH oraz temperatury reakcji układu alkalicznego nadtlenku wodoru21. Wartość pH układu alkalicznego nadtlenku wodoru można regulować poprzez zmianę stopnia podstawienia17. Wartość pH, a tym samym zdolność utleniająca układu alkalicznego nadtlenku wodoru, maleje wraz ze wzrostem stopnia podstawienia. Gdy temperatura reakcji wynosi 85 °C, w układzie główną rolę odgrywa reakcja rodnikowa, a silne działanie utleniające systemu jest odpowiednie do rozpuszczania materiałów; natomiast przy temperaturze reakcji 125 °C reakcja rodnikowa jest hamowana i w układzie występuje duża ilość HOO, co sprawia, że system ten nadaje się do bielenia19.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Enzymatyczne odżelazianie ramii
2. Badanie właściwości roztworu odżelaziającego

3. Badanie właściwości włókien ramii



![figure-protocol-5 Wzór na degradację polimeru, \(PD = 156[\eta] \times \frac{C}{C'}\), ilustracja równania.](/files/ftp_upload/56461/56461eq6.jpg)

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zbadano rozpuszczalność Mg(OH)2 w wodzie destylowanej i roztworze do odżelaziania (Rysunek 1). Przetestowano wpływ stopnia zastąpienia Mg(OH)2 na wartość pH oraz wartość ORP roztworu do odżelaziania (Rysunek 2). Obliczono wydajność odżelaziania oraz zawartość żelu w włóknie poddanym odżelazianiu przy różnych stopniach zastąpienia Mg(OH)2 (Rysunek 3). Wartość DP, kryst...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ustalenie szybkości podstawiania Mg(OH)2 i temperatury reakcji było kluczowym punktem tego protokołu. Szybkość substytucji Mg(OH)2 może wpływać na wartość pH, a tym samym na zdolność utleniania roztworu do odśluzowywania. Najlepszy wskaźnik substytucji Mg(OH)2 dla odśluzowywania ramii wynosił 20%, ponieważ celuloza nie może otrzymać wystarczającej ochrony przy współczynniku substytucji poniżej 20%, a nadmierna ilość resztkowych gum (niska wartość DP i krystaliczność) zostałaby zatrzymana ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez fundusz przeznaczony na Chiński System Badań Rolniczych dla Upraw Łyka i Włókien Liściowych (numer grantu CARS-19), Projekt Innowacji Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych i Technologii (numer grantu ASTIP-IBFC07), Fundusz Innowacji dla Absolwentów Uniwersytetu Donghua (numer grantu 16D310107), 'Zespół Innowacji Naukowych i Technologicznych Xiaoping' (grupa badawczo-rozwojowa zintegrowana z industrializacją biologicznych włókien łykowych) odśluzowywanie), Chińska Rada Stypendialna.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Nadtlenek wodoru, 30% | Fisher Scientific | H325-100 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| Wodorotlenek magnezu, 99% | Fisher Scientific | AA1236722 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| Wodorotlenek sodu | Fisher Scientific | S318-1 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| Wodorosiarczyn sodu | Fisher Scientific | S654-500 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| Trójpolifosforan sodu | Fisher Scientific | AC218675000 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| Antrachinon, >98% | Fisher Scientific | AC104930500 | Substancja chemiczna do odśluzowywania |
| kwasu 1-hydroksyetyleno-1,1-difosfonowego | Fisher Scientific | 50-901-10243 | Substancja chemiczna do odśluzowywania oleju do odśluzowywania |
| Minglong auxiliaries spółka z ograniczoną odpowiedzialnością, Yiyang, Hunan, Chiny | — — | Substancja chemiczna do odśluzowywania | |
| Alkohol etylowy | Fisher Scientific | A962-4 | Substancja chemiczna do testowania |
| Benzenu | Fisher Scientific | AA43817AE | Substancja chemiczna do testowania |
| Drut miedziany, średnica 0,5 mm (0,02 cala) | Fisher Scientific | AA10783H4 | Substancja chemiczna do testowania |
| roztworu Cupriethylenodiamine 1mol/L | Fisher Scientific | 24991 | Substancja chemiczna do testów, uwaga toksyczna |
| Kwas azotowy (65% ~ 68%) | Fisher Scientific | A200-612GAL | Substancja chemiczna do testów, uwaga |
| Etylenodiamina | Fisher Scientific | AC118420100 | Substancja chemiczna do testowania |
| Nadmanganian potasu | Fisher Scientific | P279-500 | Substancja chemiczna do testowania |
| Kwas siarkowy | Fisher Scientific | A300C-212 | Substancja chemiczna do testowania |
| Siarczan srebra | Fisher Scientific | S190-25 | Substancja chemiczna do testowania |
| surowej ramy | Guangyuan spółka z ograniczoną odpowiedzialnością, Changde, Hunan, Chiny | — — | Surowców |
| Ogrzewane elektrycznie Termostatyczny woda kąpiel | Senxin Experiment equipment spółka z ograniczoną odpowiedzialnością, Szanghaj, Chiny | DK-S28 | Urządzenia do odśluzowywania |
| Wysokotemperaturowa maszyna do farbowania lbaorator | Shanghai Longda chemcials Crop. | RY-1261 | Urządzenia do odśluzowywania |
| Termometr | Sichuan Shubo (group) Co., Ltd | 100 & deg; C | Urządzenia do odśluzowywania |
| Próżniowa maszyna do odsysania | Yukang KNET, Szanghaj, Chiny | SHB-IIIA | Urządzenia do testowania rozpuszczalności Mg(OH)2 |
| Kolba ssąca | Sichuan Shubo (grupa)Co., Ltd | 1000mL | Urządzenia do testowania rozpuszczalności Mg(OH)2 Lejki |
| rdzeniem piaskowym | Sichuan Shubo (group)Co., Ltd | 35mL | Urządzenia do testowania rozpuszczalności Mg(OH)2 |
| Utlenianie miernik potencjału redukcyjnego | Przyrząd Dapu, Szanghaj, Chiny | MODEL 421 | Urządzenia do testowania wartości ORP |
| pH-metr | Instrumenty Hanna, Pekin, Chiny | HI 98129 | Urządzenia do badania wartości pH |
| Biureta kwasowa | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | 50mL | Sprzęt do badania zawartości H2O2 |
| Kolba | Sichuan Shubo (group)Co., Ltd | 250 ml / 500 ml | Urządzenia do badania zawartości H2O2; resztkowa zawartość gum |
| Piec elektryczny | Jiangyi Experiment instruments spółka z ograniczoną odpowiedzialnością, Szanghaj, Chiny | 800-2000W | Urządzenia do badania resztkowej zawartości gum |
| Refluksowa rurka kondensacyjna | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | 250 ml | Urządzenia do badania resztkowej zawartości gum; Wartość ChZT |
| Obcinacz światłowodowy (40 mm) | Changzhou No.2 Textile Machine Co., Ltd | Y171A | Urządzenia do testowania gęstości włókien |
| Lepkościomierz Ostwald | Taizhou, jiaojiang, firma zajmująca się instrumentami szklanymi | 0,6 mm | Urządzenia do badania wartości PD włókien |
| Sferyczny ekstraktor tłuszczu | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | 250 ml | Urządzenia do testowania wartości PD włókna |
| Ekstraktor | SoxhletaSichuan Shubo (grupa)Co., Ltd | 250mL | Urządzenia do testowania wartości WNZ włókna |
| Skręcanie równowaga | Liangping instrucments Co., Ltd, Szanghaj, Chiny | JN-B | Urządzenia do testowania gęstości włókien |
| Przyrząd | Instrumenty Xinxian, Szanghaj, Chiny | XQ-2 | Urządzenia do badania wytrzymałości na rozciąganie włókien |
| Zacisk napinający | Depu textile technology Co., Ltd, Changzhou, jiangsu, Chiny | 0,3cN/dtex | Urządzenia do badania właściwości |
| rozciągania włókienDORSZ Termostatyczny grzałka | Qiangdao Xuyu technologia ochrony środowiska Oświetlona firma | DL-801A | Urządzenia do badania wartości ChZT |
| FTIR | Thermo Fisher, Ameryka | Nicolet | Analiza FTIR |
| XRD | Rigaku, Japonia | D/max-2550 PC | Analiza XRD |
| Waga elektroniczna | Shanghai jingtian Electronic instrument Co., Ltd | FA2004A | Urządzenia ogólne |
| Piec do suszenia | Tonglixinda instrumenty, Tianjin, Chiny | 101-2AS | Ogólne wyposażenie |
| Butelka wagowa | Sichuan Shubo (grupa)Co., Ltd | 50x30 | Sprzęt ogólny |
| Zlewka | Sichuan Shubo (grupa)Co., Ltd | 500mL | Sprzęt ogólny |
| Sito do próbek | Xiaojin hardware instruments Co., Ltd, Shangyu, Zhejiang | 120 mesh | Sprzęt ogólny |
| Pręt szklany | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | — — | Wyposażenie ogólne |
| Butla | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | 250 mL, 50 ml | Urządzenia ogólne |
| Pipeta | Sichuan Shubo (grupa) Co., Ltd | 5 mL, 10 ml | Urządzenia ogólne |
| Guma ssanie żarówka | Sichuan Shubo (grupa)Co., Ltd | — — | Wyposażenie ogólne |
| Orign | OriginLab | 8.0 | Oprogramowanie do rysowania figur |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie