यहाँ हम अत्यधिक thermally स्थिर और Carboxylated सेल्यूलोज nanocrystals (सीएनसी) और nanofibrils (CNF) अत्यधिक recyclable ठोस dicarboxylic एसिड का उपयोग करने का हरे और टिकाऊ निर्माण के लिए एक उपन्यास विधि का प्रदर्शन।
यहाँ हम संभावित कम लागत और अत्यधिक recyclable dicarboxylic ठोस एसिड का उपयोग कर प्रक्षालित नीलगिरी लुगदी (बीईपी) और सख़्त मिश्रित दृढ़ लकड़ी क्राफ्ट लुगदी (UMHP) फाइबर से उच्च thermally स्थिर और Carboxylated सेल्यूलोज nanocrystals (CNCs) और nanofibrils (CNF) की हरी प्रस्तुतियों प्रदर्शित करता है। 70 भार% 100 डिग्री सेल्सियस पर 60 मिनट और 120 मिनट के लिए 120 डिग्री सेल्सियस (वायुमंडलीय दबाव में कोई उबलते) के लिए, क्रमश: बीईपी और UMHP के लिए – ठेठ परिचालन की स्थिति 50 के एसिड सांद्रता थे। 0.4 mmol / छ – परिणामी CNCs 0.2 से उनके इसी फ़ीड फाइबर से एक उच्च थर्मल गिरावट तापमान और एसिड समूह सामग्री है। कम शक्ति (1.0 के उच्च pKa – 3.0) कार्बनिक अम्ल की भी लगभग 239 के दोनों लंबे समय तक लंबाई के साथ CNCs में हुई – 336 एनएम और उच्च स्फटिकता से CNCs खनिज एसिड का उपयोग कर उत्पादन किया। चीनी को सेल्यूलोज नुकसान कम से कम था। dicarboxylic एसिड हाइड्रोलिसिस से रेशेदार cellulosic ठोस छाछ (FCSR) के लिए इस्तेमाल किया गया थाकम ऊर्जा इनपुट के साथ बाद में यांत्रिक फिब्रिलेशन के माध्यम से Carboxylated CNFs का उत्पादन।
सतत आर्थिक विकास न केवल आवश्यकता है फीडस्टॉक है कि अक्षय और biodegradable इस्तेमाल कर रहे हैं लेकिन यह भी हरे और पर्यावरण के अनुकूल निर्माण तकनीकों का उपयोग करता Bioproducts और इन अक्षय feedstocks से जैव रसायनों की एक किस्म का उत्पादन करने के लिए। ऐसे सेलूलोज nanocrystals (सीएनसी) और सेल्यूलोज nanofibrils (CNF), अक्षय lignocelluloses से उत्पादन के रूप में सेलूलोज nanomaterials, biodegradable हैं और अद्वितीय यांत्रिक और ऑप्टिकल गुण bioproducts 1, 2 की एक श्रृंखला विकसित करने के लिए उपयुक्त है। दुर्भाग्य से, सेल्यूलोज nanomaterials के उत्पादन के लिए मौजूदा प्रौद्योगिकियों या तो ऊर्जा गहन जब शुद्ध यांत्रिक फिब्रिलेशन या पर्यावरण की दृष्टि से गैर रीसाइक्लिंग या प्रसंस्करण रसायन, की अपर्याप्त रीसाइक्लिंग के कारण अस्थिर का उपयोग इस तरह जब केंद्रित खनिज एसिड हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया 3-8 या ऑक्सीकरण तरीकों 9 का उपयोग कर के रूप में कर रहे हैं 11। इसके अलावा, ऑक्सीकरण तरीकों में भी पर्यावरण की दृष्टि से विषाक्त कम्पो उत्पादन हो सकता हैlignocelluloses के साथ प्रतिक्रिया द्वारा unds। lignocelluloses – इसलिए, सेल्यूलोज nanomaterials के उत्पादन के लिए हरी निर्माण प्रौद्योगिकियों के विकास और प्रचुर मात्रा में अक्षय सामग्री का पूरा उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण है।
hemicellulose भंग करने और सेल्यूलोज depolymerize करने के लिए एसिड हाइड्रोलिसिस का प्रयोग सेल्यूलोज nanomaterials के उत्पादन के लिए एक प्रभावी तरीका है। ठोस एसिड एसिड वसूली 12, 13 सहजता के लाभ के साथ सेल्यूलोज से चीनी उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया गया है। केंद्रित खनिज एसिड का उपयोग कर पिछले अध्ययनों से संकेत दिया है कि एक कम एसिड एकाग्रता सीएनसी उपज और स्फटिकता 3, 5 में सुधार हुआ। यह पता चलता है कि एक मजबूत एसिड सेलूलोज क्रिस्टल को नुकसान पहुंचा है, जबकि एक मामूली एसिड हाइड्रोलिसिस CNF 3, 14 के साथ एकीकृत उत्पादन और सीएनसी के दृष्टिकोण के माध्यम से गुण और सेल्यूलोज nanomaterials की उपज में सुधार हो सकता है सकते हैं। यहाँ हम केंद्रित ठोस dicarboxylic एसिड हाइड्रोलिसिस का उपयोग कर उत्पादन के लिए एक विधि दस्तावेज़CNF 15 के साथ साथ ई सीएनसी। ये dicarboxylic एसिड कम या परिवेश तापमान पर कम घुलनशीलता है, और इसलिए वे आसानी से परिपक्व क्रिस्टलीकरण प्रौद्योगिकी के माध्यम से ठीक किया जा सकता है। उन्होंने यह भी ऊंचा तापमान जो उबलते या दबाव वाहिकाओं का उपयोग किए बिना केंद्रित एसिड हाइड्रोलिसिस की सुविधा में अच्छा घुलनशीलता है। चूंकि इन एसिड भी ठेठ खनिज सीएनसी उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया एसिड होता है, अच्छा सीएनसी स्फटिकता में उनके उपयोग के परिणामों की तुलना में अधिक pKa है, और कम सीएनसी पैदावार, रेशेदार cellulosic ठोस अवशेषों की एक पर्याप्त राशि के साथ (FCSR या आंशिक रूप से hydrolyzed फाइबर) के कारण शेष के बावजूद अधूरा सेल्यूलोज depolymerization। FCSR कम ऊर्जा आदानों का उपयोग बाद में यांत्रिक फिब्रिलेशन के माध्यम से CNF के उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसलिए, शर्करा के लिए सेल्यूलोज नुकसान कम खनिज एसिड का उपयोग कर की तुलना में है।
यह सर्वविदित है कि कार्बोक्जिलिक एसिड फिशर Speier एस्टरीफिकेशन 16 के माध्यम से कर सकते हैं सेल्यूलोज esterify। Dicarboxylic एसिड को लागू करने के लिए सेलूलोज़ अर्द्ध एसिड संयुक्त राष्ट्र के crosslinked एस्टर 17 (या carboxylation) में परिणाम कर सकते हैं, जैसा कि हम पहले से 15 का प्रदर्शन किया Carboxylated सीएनसी और CNF उत्पादन करने के लिए। विधि यहाँ दस्तावेज उत्पादन कर सकते हैं Carboxylated और thermally स्थिर CNF और सीएनसी भी या तो प्रक्षालित या रूखा pulps से अत्यधिक क्रिस्टलीय है कि जब तक अपेक्षाकृत सरल और उच्च रासायनिक वसूली कर रहे हैं और कम ऊर्जा की जानकारी का उपयोग कर।
Maleic एसिड हाइड्रोलिसिस से सीएनसी नमूने का मोटा सीएनसी व्यास उनकी लंबी लंबाई के बावजूद, एक उदारवादी औसत पहलू अनुपात 7.24 और 8.53, बीईपी और UMHP, क्रमशः से CNCs के लिए के परिणामस्वरूप के रूप में ऊपर चर्चा की। CNFs उनके सं?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम के लिए आयोजित किया गया बियान, चेन, और वांग पीएच.डी. दौरा कर रहे थे, जबकि अमेरिका वन सेवा, वन उत्पाद प्रयोगशाला (FPL), मैडिसन, WI, पर और झू के अधिकारी सरकार समय पर छात्रों। इस काम आंशिक यूएसडीए कृषि और खाद्य अनुसंधान पहल (Afri) प्रतियोगी अनुदान (सं 2011-67009-20056), चीनी राज्य वानिकी प्रशासन (परियोजना सं 2015-4-54) के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया चीन (परियोजना नं 31470599), चीन के गुआंगज़ौ संभ्रांत परियोजना है, और चीन छात्रवृत्ति कोष। इन कार्यक्रमों से अनुदान FPL संभव पर बियान, चेन, और वांग की यात्रा पर नियुक्तियों बना दिया।
Bleached eucalypus pulp | Aracruz Cellulose | ||
Unbleached mixed hardwood kraft pulp | International Paper | ||
Maleic acid | Sigma-Aldrich | M0375-1KG/CAS110-16-7 | Powder; assay: 99.0%(HPLC) |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516-4L/CAS56-81-5 | |
Sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-500/CAS1310-73-2, 497-19-8 | Certified ACS |
Sodium chloride | Mallinckrodt | 7581-12/CAS7647-14-5 | Crystal,AR |
Cupriethylenediamine solution | GFS Chemicals | E32103-1L/CAS14552-35-3 | 1M, for determination of solution viscosity of pulps |
Acetone | Fisher Scientific | A18-500/CAS67-64-1 | Certified ACS |
Accu-TestTM Vials for COD Testing | Bioscience,Inc. | 01-215-28 | COD testing for 20 to 900mg/L standard range concentration |
Heating plate | IKA | Mode: C-MAD HS7 digital | |
Magnetic stir bar | ACE Glass | ||
Pyrex three-neck round-bottom flask | Sigma-Aldrich | CLS4965B500-1EA | |
Dialysis tubing cellulose membrane | Sigma-Aldrich | D9402-100FT | Typical molecular weight cut-off = 14000 |
Disposable aluminum dishes | Sigma-Aldrich | Z154857-1PAK | Circles, 60mm |
Disintegrator | Testing Machines Inc.(TMI) | ||
Microfluidizer | Microfluidics Corporation | ||
Sonicator | Qsonica LLC. | Mode: 3510R-MT, 50-60 Hz,180 W | |
Zeta potential analyzer | Brookhaven Instruments Corporation | ||
FTIR | PerkinElmer | ||
Conductometric titrator | Yellow Springs Instrument (YSI) | ||
TGA analyzer | PerkinElmer | ||
X-ray diffractometer | Bruker Corporation | ||
AFM imging | AFM Workshop | ||
SEM imaging | Carl Zeiss |