Summary
قدم هنا بروتوكول لاستخراج الألياف الرامي في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج.
Abstract
هذا البروتوكول يوضح طريقة لاستخراج الألياف الرامي التي تجوب رامي الخام في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي يدعمها مصدر قلوي تسيطر الإفراج. الألياف المستخرجة من رامي نوع من مواد المنسوجات ذات أهمية كبيرة. في دراسات سابقة، تم استخراج الألياف الرامي في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي تدعمها فقط هيدروكسيد الصوديوم. ومع ذلك، سبب القلوية القوية من هيدروكسيد الصوديوم، سرعة تفاعل أكسدة من بيروكسيد الهيدروجين يصعب التحكم وبالتالي أدت إلى أضرار كبيرة للألياف المعالجة. في هذا البروتوكول، يستخدم مصدر قلوي تسيطر الإفراج، التي تتألف من هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد المغنسيوم، لتوفر شرط قلوي والمخزن المؤقت قيمة pH بيروكسيديسيستيم الهيدروجين القلوية. معدل استبدال هيدروكسيد المغنسيوم يمكن ضبط قيمة الأس الهيدروجيني للنظام فوق أكسيد الهيدروجين، وله تأثير كبير على خصائص الألياف. قيمة الرقم الهيدروجيني والأكسدة والاختزال (ORP) القيمة المحتملة، التي تمثل قدرة أكسدة النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين، وتم رصد استخدام مقياس الأس الهيدروجيني و ORP متر، على التوالي. يتم اختبار المحتوى المتبقية من بيروكسيد الهيدروجين في النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين أثناء عملية الاستخراج وقيمة الطلب على الأوكسجين الكيميائي (COD) من مياه الصرف الصحي بعد استخراج الألياف بطريقة المعايرة4 كمنو. يتم قياس عائد الألياف استخدام موازين إلكترونية دقة، واللثة المتبقية من الألياف يتم اختبارها باستخدام أسلوب تحليل الكيميائي. يتم اختبار درجة بلمرة الألياف (قيمة المشتريات) بطريقة لزوجة مضمن باستخدام فيسكوميتير أوبيلوهدي. يتم قياس الخاصية الشد من الألياف، بما في ذلك الإصرار واستطالة، وتمزق، استخدام أداة قوة ألياف. تحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء وحيود الأشعة السينية المستخدمة لوصف المجموعات الوظيفية والممتلكات كريستال من الألياف. ويثبت هذا البروتوكول أن المصدر القلوي تسيطر الإفراج يمكن تحسين خصائص الألياف المستخرجة في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوية.
Introduction
رامي، المعروف 'الصين العشب' هو عشب معمرة الألياف التي يمكن أن تستخدم مادة ممتازة لصناعة المنسوجات1،2. وواحد من المحاصيل الاقتصادية الرئيسية الأصلية إلى الصين؛ وقد استأثرت إنتاج الرامي في الصين أكثر من 90% العائد الإجمالي في العالم1،2. ألياف الرامي واحد من الألياف النباتية أقوى وأطول، لامع مع3،مظهر حريري تقريبا4. مدة طويلة لألياف الرامي تجعلها مناسبة للغزل الألياف واحدة، التي نادراً ما ينظر في ألياف اللحاء. المنسوجات المصنوعة من ألياف الرامي تمتلك العديد من الخصائص الممتازة، مثل رباطة جأش، الموصلية الحرارية المضادة للبكتيريا، وممتازة، والتهوية، إلخ3،4
السليولوز هو المكون الرئيسي لألياف الرامي، والمكونات الأخرى في الرامي، مثل البكتين، اللجنين، والمواد القابلة للذوبان المياه، تعرف بأنها اللثة5،6. ويمكن استخراج الألياف الرامي بتذويب اللثة في محلول يحتوي على الكواشف الكيميائية، في عملية تعرف بأنها الصمغية5،6. توجد أساسا نهجان لاستخراج الألياف الرامي: الصمغية الكيميائية والبيولوجية الصمغية. استهلاك الطاقة واستهلاك الوقت، وسمك القد القيمة للمياه العادمة الصمغية الصمغية الكيميائية التقليدية مرتفعة بدلاً من ذلك، السليلوز يتم استخراج الألياف التي تجوب رامي الخام في تركيز هيدروكسيد الصوديوم تحت ضغط عال 6 إلى 8 ح7،8 . وبدلاً من ذلك، الصمغية الحيوي خيار الصديقة للبيئة لاستخراج الألياف الرامي. ومع ذلك، حالة رد فعل قاسية ومعدات متطورة تمنع9،المزيد من التطبيقات الصناعية10. ولذلك، أكسدة الصمغية مع بيروكسيد الهيدروجين والقلويات ويعرض قيماً وتطبيق بديل للتركيز على، لأنه يتطلب الوقت الصمغية أقصر وأقل الصمغية درجة الحرارة11،12. ومع ذلك، نظراً لقدرة أكسدة قوية الأكاسيد الفوقية، قد يحدث تدهور السليلوز كبيرة أثناء عملية ديجومينج، التي يمكن أن تسبب ضررا كبيرا للألياف خصائص13،14. وهذا أكبر عيب القلوي الصمغية أكسدة بيروكسايد لرامي.
في دراسات سابقة، تم استخراج الألياف الرامي في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي تدعمها هيدروكسيد الصوديوم15فقط. ومع ذلك، سبب القلوية القوية من هيدروكسيد الصوديوم، سرعة تفاعل أكسدة من بيروكسيد الهيدروجين يصعب التحكم وبالتالي أدت إلى أضرار كبيرة ل الألياف المعالجة7. تحسين خصائص ألياف الرامي، مصدر قلوي تسيطر الإفراج، التي تتألف من هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد المغنسيوم، هو المستخدمة في هذه الدراسة إلى توفر شرط قلوي والمخزن المؤقت قيمة pH قلوي بيروكسيد الهيدروجين النظام16 , 17.
ويمكن وصف الأساس المنطقي لهذه التكنولوجيا على النحو التالي. هيدروكسيد المغنسيوم قليل الذوبان في الماء المقطر، ويمكن أن يحل تدريجيا في المحلول ديجومينج مع استهلاك يا– والحفاظ على قيمة الأس الهيدروجيني وهكذا قدرة أكسدة الحل الصمغية في نطاق مناسب18. معدل الإحلال (SR) هيدروكسيد المغنسيوم يعرف نسبة الخلد هيدروكسيد الصوديوم محلها هيدروكسيد المغنسيوم تحت الجرعة القلوي الكلي بنسبة 10%، ويمكن حساب معدل الإحلال بالمعادلة التالية. وعلاوة على ذلك، Mg2 + يمكن أن يمنع السليلوز التدهور الناجم عن أكثر من أكسدة19،20.
هنا، م2 (ز) هو وزن Mg(OH)2م1 (ز) هو الوزن من هيدروكسيد الصوديوم، 40 هو الوزن الجزيئي من هيدروكسيد الصوديوم، 58 هو الوزن الجزيئي Mg(OH)2، 2 هو العدد للصحة والسلامة المهنيتين في Mg(OH)2وريال هو معدل الإحلال.
ويمكن تمديد التكنولوجيا من هذا البروتوكول إلى استخراج وتبيض، وتعديل المواد النباتية في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن اختيار درجة الحموضة القيمة ورد فعل درجة حرارة النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين هو المفتاح لهذه التكنولوجيا21. يمكن ضبط قيمة pH النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين عن طريق تغيير معدل استبدال17. قيمة الأس الهيدروجيني وأكسدة قدرة النظام القلوي بيروكسيد الهيدروجين وبالتالي ينخفض مع زيادة معدل الإحلال. عندما يتم تعيين درجة الحرارة رد فعل على 85 درجة مئوية، رد فعل الراديكالية الحرة تلعب الدور الرئيسي في النظام وأكسدة قوية للنظام مناسب تذويب المواد؛ عندما يتم تعيين درجة الحرارة رد فعل في 125 درجة مئوية، تحول دون رد فعل الراديكالية الحرة وكمية كبيرة من هوو موجود في النظام، مما يجعل هذا النظام مناسب للتبييض19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-أكسدة الصمغية من الرامي
-
إعداد أكسدة الصمغية الحل
- حل ز 2 ح2س2ز 1 القلوي (خليط من Mg(OH)2 وهيدروكسيد الصوديوم)، 0.4 غ غ5ف3س10، انثراكينون ز 0.1 وز 0.2 حدب في الماء 100 مل المقطر لجعل الحل ديجومينج.
-
أكسدة الصمغية من الرامي
- تزج رامي ز 10 الخام في حل ديجومينج ونظف تحت 85 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
- رفع درجة الحرارة إلى 125 درجة مئوية (مع ضغط 0.6 كجم) ونظف لآخر 60 دقيقة.
ملاحظة: انظر مناقشة لتفسير على رفع درجة الحرارة.
-
الحد من ألياف الرامي
- حل ز 0.4 ناهسو3 في 100 مل المقطر المياه لإعداد حل الحد. ثم، علاج الألياف ديجوميد في حل الحد عند 90 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
ملاحظة: مجموعات الكربوكسيل ومجموعات ألدهيد في السليلوز ولدت في تفاعل أكسدة تتسبب في الحد السندات الهيدروجين والضرر وبالتالي إلى الخاصية الألياف. تخفيض يمكن تحسين خاصية الألياف عن طريق تحويل مجموعات الكربوكسيل ومجموعات ألدهيد مرة أخرى إلى مجموعات الهيدروكسيل.
- حل ز 0.4 ناهسو3 في 100 مل المقطر المياه لإعداد حل الحد. ثم، علاج الألياف ديجوميد في حل الحد عند 90 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
-
متابعة العلاج
- أغسل ألياف الرامي degummed جيدا بالمياه.
- تزج الألياف الصمغية النفط عند 90 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة والجاف ثم الألياف في فرن (125 درجة مئوية) ح 4.
2-اختبار الخاصية الحل ديجومينج
-
اختبار قابلية الذوبان من Mg(OH)2
- حل ز 2 Mg(OH)2 في 100 مل مقطر من الماء.
- بشكل منفصل، حل ز 2 Mg(OH)2 في 100 مل الحل مع إضافات الصمغية القابلة للذوبان تماما، بما في ذلك مجموعة 0.4 غ5ف3س10 و 0.2 ز حدب.
- رفع درجة حرارة الحلول الموضحة في الخطوات 2.2.1 و 2.2.2 إلى 85 درجة مئوية.
- استخراج Mg(OH) أونديسولفيد2 مع أقراص متكلس.
- حساب أن القابلية للذوبان Mg(OH)2 بالصيغة التالية:
ملاحظة: هنا هو م (ز) وزن Mg(OH) أونديسولفيد2.
-
أثر معدل استبدال2 Mg(OH) على قيمة الأس الهيدروجيني وقيمة ORP وبقايا ح2س2 مضمون الحل ديجومينج
ملاحظة:12،ORP19 معلمة كيمياء مياه هامة ويوفر أداة قياس لقدرة المؤكسدة أو الحد من المياه المحيطة. الحلول مع أقوى أكسدة الخاصية لها قيمة ORP أعلى. معدل استبدال2 Mg(OH) يشير إلى نسبة مول من هيدروكسيد الصوديوم محلها Mg(OH)2 تحت جرعة القلوي الكلي 10% (على وزن النسيج).- إعداد الحلول ديجومينج مع معدل استبدال2 Mg(OH) 0%، 20%، 40%، 60%، 80%، و 100% طبقاً للخطوة 1-1، على التوالي.
- تزج رامي الخام في ديجومينج الحلول الموضحة في الخطوة 2.2.1.
- بدء عملية ديجومينج وفقا للخطوة 1.2.
- أغسل مسرى ORP مجتمعة مع الماء المقطر والجافة في الهواء. ثم تزج متر ORP القطب مجتمعة في الحلول ديجومينج لقراءة قيمة ORP كل دقيقة 10 تزج مقياس الأس الهيدروجيني القطب في الحلول ديجومينج لقراءة قيمة pH كل 10 دقيقة.
- اختبار محتوى2 2س ح من الحلول ديجومينج كل 10 دقيقة بطريقة المعايرة4 كمنو حسب الصينية غيغابايت القياسية 22216-20087.
3-اختبار خاصية ألياف الرامي
-
العائد من الصمغية
- حساب العائد من الصمغية باستخدام المعادلة التالية:
ملاحظة: هنا هو w (ز) بعد الصمغية؛ الوزن الجاف من الألياف W (ز) هو الوزن الجاف لرامي قبل الصمغية.
- حساب العائد من الصمغية باستخدام المعادلة التالية:
-
اللثة المتبقية من الألياف
ملاحظة: تم اختبار اللثة المتبقية من الألياف حسب الصينية القياسية 5889-86.- قياس الوزن الجاف من الألياف (حوالي 5 غ) في زجاجة وزنها وتزج في قارورة (مع أنبوب التكثيف ارتداد) الذي يحتوي على 150 مل حل هيدروكسيد الصوديوم (20 غرام/لتر).
- رفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية، والحفاظ على درجة الحرارة هذه ح 1.
- تحديث الحل هيدروكسيد الصوديوم.
- رفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية وصيانتها ح 2.
- غسل الألياف في غربال عينة.
- قياس الوزن الجاف من الألياف في وزنها زجاجة.
- حساب اللثة المتبقية من الألياف باستخدام المعادلة التالية:
ملاحظة: هنا م (ز) هو الوزن الجاف من الألياف؛ M (ز) هو الوزن الجاف لرامي بعد تجوب هيدروكسيد الصوديوم.
-
اختبار PD
ملاحظة: اختبار قيمة PD ألياف الرامي وفقا غيغابايت القياسية الصينية 5888-8615.- ديجريسى ألياف الرامي بغمر في 2:1 (v/v) البنزين وخليط إيثيل الكحول.
- تتبخر المذيبات في الهواء في درجة حرارة الغرفة.
- قطع العينات إلى قطع قصيرة (1-2 مم، حول ~ 20-23 ملغ لكل عينة) باستخدام المقص.
- تبقى العينات في جو الرطوبة تسيطر (20 ± 2 درجة مئوية، والرطوبة النسبية = 65 ± 2%) في حاوية وزنها حتى تصل إلى توازن الماء المحتوى قبل إزالة المواد المطلوبة لأغراض الاختبار.
- تزج أسلاك نحاسية (0.5 مم) في تركيز حمض النيتريك، تليها الإيثيلنديامين اللامائى 98%. ثم، يغسل الحبيبية النحاس جيدا بالماء المقطر.
- وضع العينة الألياف والنحاس الحبيبية في زجاجة بلاستيكية (بأعلى).
- إضافة 10 مل المقطر ماء و 10 مل 1 mol/L كوبريثيلينيدياميني الحل في زجاجة بلاستيكية، ويقلب استخدام شريط إثارة مغناطيسية لإعداد 0.2 غ/100 مل (تقريبا) رامي الألياف كوبريثيلينيدياميني الحل.
- نقل 6.5 مل رامي الألياف كوبريثيلينيدياميني حل فيسكوميتير أوبيلوهدي لقياس اللزوجة مضمن به. حساب اللزوجة النسبية بالمعادلة التالية:
ملاحظة: هنا ηr اللزوجة النسبية، t (s) هو متوسط وقت الحل كوبريثيلينيدياميني ألياف الرامي تتدفق من خلال فيسكوميتير أوبيلوهدي، و t0 (s) هو متوسط الوقت من 0.5 mol/L كوبريثيلينيدياميني الحل تتدفق من خلال فيسكوميتير أوبيلوهدي. - حساب قيمة المشتريات من الألياف الرامي بالمعادلة التالية:
ملاحظة: هنا [η] 'هو اللزوجة الذاتية، يمكن الحصول على القيمة × ج [η] من جدول في الصينية غيغابايت القياسية 5888-86، وج' هو تركيز ألياف الرامي إلى حل كوبريثيلينيدياميني.
-
الكثافة الخطية من الألياف
- حساب الكثافة الخطية من الألياف باستخدام المعادلة التالية:
ملاحظة: هنا لc هو طول القطع (40 مم)، n هو عدد الألياف، وغ (غ) وزن الألياف. الكثافة الخطية من الألياف يشير إلى وزن الألياف طويلة 1000 متر تحت استعادة الرسمية لرامي (12%).
- حساب الكثافة الخطية من الألياف باستخدام المعادلة التالية:
-
اختبار الخصائص الميكانيكية
- حجته في نماذج الألياف في حالة الغلاف الجوي القياسي (T = 20 ± 2 درجة مئوية، ورطوبة نسبية = 65% ± 2%) ح 24.
- اختبار المثابرة واستطالة كسر، والعمل لتمزق الألياف استخدام أداة قوة الألياف تحت الإعداد التالية من 20 درجة مئوية والصحة الإنجابية 65% والتوتر قبل من 0.3 cN/دتيكس. تعيين المسافة لقط 20 مم وسرعة تنازلي من المشبك السفلي في7،20 ملم في الدقيقة15.
-
قيمة سمك القد الصمغية المياه المستعملة
- اختبار القد الصمغية مياه الصرف الصحي وفقا للصينيين معيار GB/T 15456-2008 'تعميم مياه التبريد-تحديد الأسلوب برمنغنات البوتاسيوم القد الصناعية'7،15.
-
اختبار زرد
- الحصول على كريستالينيتي الألياف باستخدام حيود الأشعة السينية. سجل زرد أنماط 2θ = 5-60 ° مع ديفراكتوميتير مجهزة monochromator الغرافيت والإشعاع Cu Kα في λ = 0.154 نانومتر (40 كيلو فولت، 200 mA).
-
تحليل فتير
- الحصول على نمط فتير الألياف باستخدام مطياف. تعيين أوقات التفحص في 30 مجموعة سم 4,000-400-1، وهذا القرار في 8 سم-1. تحديد المجموعات الوظيفية الكيميائية في الألياف المعالجة باستخدام التحليل FT-الأشعة تحت الحمراء.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
درست أن القابلية للذوبان في Mg(OH)2 في الماء المقطر والحل الصمغية (الشكل 1). تم اختبار تأثير معدل استبدال2 Mg(OH) على قيمة الأس الهيدروجيني وقيمة ORP (الشكل 2) لحل ديجومينج. الصمغية الغلة واللثة المتبقية من الألياف ديجوميد تحت Mg(OH) مختلفة كان معدل استبدال2 المحسوبة (الشكل 3). واستخدمت لتقييم أثر Mg(OH)2 على الصمغية قيمة DP، كريستالينيتي، خصائص الشد من الألياف (الشكل 4)، وسمك القد القيمة من مياه الصرف الصحي (الشكل 5). تم الحصول على نمط فتير الألياف (الشكل 6). المتبقية ح2س2 مضمون الحل ديجومينج أثناء عملية استخراج الألياف تم اختبارها (الشكل 7)، والأثر في درجة حرارة ديجومينج في الثانية والمرحلة يرد في الجدول 1. ويرد في الجدول 2مقارنة أكسدة الصمغية (باستخدام هيدروكسيد الصوديوم والقلويات المستدامة المصدر) والصمغيه التقليدية.
على الرغم من أن القابلية للذوبان في Mg(OH)2 في حل الصمغية كان أعلى من مثيلة في الماء المقطر بسبب تأثير الشفرة الصمغية المساعدين، كان لا يزال غير كاف للذوبان، وبالتالي خاصية التحكم--الإفراج عن التطبيقية (الرقم 1 ). عندما تستخدم مصدر قلوي تسيطر-صدر، وكانت قيمة الأس الهيدروجيني الحل ديجومينج مستقرة وانخفضت مع ارتفاع معدل الإحلال (الشكل 2A). وكان انخفاض قيمة ORP أبطأ تحت أعلى معدل الإحلال (الشكل 2). وكشف تحليل اللثة المتبقية أن عائد اللثة الصمغية والمتبقية من الألياف زادت بمعدل الإحلال؛ ينبغي أن يكون معدل استبدال أكثر من 60 في المائة لمنع التصاق الألياف. (الشكل 3). قيمة DP، كريستالينيتي، وخصائص الشد من الألياف زادت بمعدل الاستبدال من 0% إلى 20%، ولكنها انخفضت إلى زيادة ارتفاع معدل الإحلال (الشكل 4): هذا هو تفسير بكمية زائدة من اللثة التي تم الاحتفاظ بها في الألياف عندما كان معدل استبدال ما يزيد على 20 في المائة. عندما تم تعيين معدل استبدال 20%، وكانت قيمة pH الحل ديجومينج 11.8؛ والمثابرة، واستطالة، وتمزق، DP القيمة، والغلة هيميسيلولوسي المحتوى من الألياف بمقدار 39.82%، 12.13%، 46.15%، 14.89%، و 5%، على التوالي (الشكل 2، رقم 3، رقم 4). وعلاوة على ذلك، انخفضت قيمة سمك القد من مياه الفضلات ديجومينج بنسبة 20% (الشكل 5). في أنماط فتير من الألياف، الإشارات في منطقة 3,400-2,800 سم-1 والذروة في سم 2,900-1 بسبب اهتزاز تمتد-CH و-OH في السليلوز، وهذه الإشارات موجودة في جميع العينات. عُزي ذروة الكربونيل في سم 1,730-1,750-1 ج = س تمتد ج-أوه الانحناء في هيميسيلولوسي، وهذه الإشارة كانت أقوى عندما انخفض معدل الاستبدال، الذي أشار إلى أن هيميسيلولوسي يمكن إزالتها أكثر فعالية تحت انخفاض معدل الإحلال (الشكل 6). محتويات2 2س ح المتبقية بمقدار 3 غرام/لتر عند استخدام المصدر القلوي الخاضعة لإصدارها؛ ومع ذلك، لم تؤثر معدل الاستبدال لا ح2س2 المتبقية المحتوى (الشكل 7). عندما استخدمت المصدر القلوي تسيطر الإفراج عن الصمغية، سرعة التحلل ح2س2 كان يسيطر عليها درجة الحرارة ديجومينج. في الفترة الأولى من الصمغية (0 إلى 60 دقيقة)، حدث تدهور السليلوز نادراً ما، لأنها مشمولة باللثة. ولذلك، هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الجذور الحرة، ويجب تعيين درجة الحرارة على 85 درجة مئوية. بعد 60 دقيقة، أزيلت معظم اللثة وتعرضت السليلوز إلى الحل ديجومينج: ينبغي رفع درجة الحرارة إلى 125 درجة مئوية إلى إبطاء سرعة رد الفعل الراديكالية الحرة ولمنع تدهور السليلوز (الجدول 1). كشفت المقارنة أكسدة الصمغية (باستخدام مصدر قلوي المستدامة وهيدروكسيد الصوديوم) والصمغيه التقليدية أن الألياف degummed في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج تحقق أفضل الخصائص ( الجدول 2).
الشكل 1. أن القابلية للذوبان في Mg(OH)2 في الماء المقطر والحل الصمغية19. Mg(OH)2 أظهرت أعلى القابلية للذوبان في الحل الصمغية بالمقارنة مع أن في الماء المقطر، بسبب تأثير الملح الصمغية المساعدين. Mg(OH)2 يذوب في حل ديجومينج ببطء ووفقا للمعادلات الكيميائية اقحم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 2. أثر معدل استبدال2 Mg(OH) على الصمغية خصائص الحل. (أ) قيمة pH الصمغية الحل. عند استخدام Mg(OH)2 ، كانت قيمة الأس الهيدروجيني الحل ديجومينج مستقرة وانخفضت مع ارتفاع معدل الإحلال. (ب) قيمة ORP الصمغية الحل19. سرعة تناقص قيمة ORP كان أبطأ تحت ريال قيمة أعلى. ريال = معدل الإحلال. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3. أثر معدل استبدال2 Mg(OH) على اللثة الغلة وبقايا من الألياف الصمغية. وتوضح الصورة اقحم التخطيطية لألياف الرامي ديجوميد تحت Mg(OH) معدلات الاستبدال2 : 0% ()، (ب) 20%، % 40 (ج)، (د) 60%، (ه) 80 ٪، 100 ٪ (و)19. زيادة عائد اللثة الصمغية والمتبقية من الألياف مع معدل الإحلال، وينبغي أن يكون معدل استبدال أكثر من 60 في المائة لمنع التصاق الألياف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4. أثر معدل استبدال2 Mg(OH) على: قيمة (A) موانئ دبي وكريستالينيتي من الألياف؛ وخصائص الألياف19(ب) الشد. قيمة DP، كريستالينيتي، وخصائص الشد من الألياف زادت مع ريال من 0% إلى 20%، ولكن انخفضت مع زيادة ارتفاع معدل الإحلال. أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري للبيانات من 30 اختبارات مكررة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5. أثر معدل استبدال2 Mg(OH) على قيمة سمك القد الصمغية مياه الصرف19. قيمة سمك القد الصمغية المياه المستعملة انخفضت مع ارتفاع معدل الإحلال. أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري للبيانات من 30 اختبارات مكررة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 6. Degummed فتير ألياف مع مختلف معدلات الإحلال Mg(OH)219. الإشارات في منطقة 3,400-2,800 سم-1 والذروة في سم 2,900-1 بسبب اهتزاز تمتد-CH و-OH في السليلوز؛ وكانت هذه الإشارات موجودة في جميع العينات. ذروة الكربونيل في سم 1,730-1,750-1 يرجع إلى C = O تمتد ج-أوه الانحناء في هيميسيلولوسي؛ هذه الإشارات كانت أقوى عندما ريال كان أقل، مما يدل على أن هيميسيلولوسي يمكن إزالتها أكثر فعالية تحت معدل استبدال أقل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 7. محتويات2 2س ح المتبقية في حل الصمغية مع معدل الاستبدال المختلفة من Mg(OH)219. بقايا ح2س2 محتويات زادت عندما كان يستخدم المصدر القلوي الخاضعة لإصدارها؛ بيد أن معدل استبدال لم يكن التأثير على محتوى2 2س ح المتبقية. ريال = معدل الإحلال. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| درجة الحرارة | الكثافة الخطية (دت) | جلد (cN/دت) | الاستطالة (%) | تمزق (cN/دت) |
| 100 درجة مئوية | 6.1 | 6.69 | 2.33 | 0.08 |
| 125 درجة مئوية | 5.6 | 8.3 | 2.75 | 0.14 |
الجدول 1. خصائص الشد من الألياف تجوب تحت مختلف درجات الحرارة في المرحلة الثانية19. أظهرت الألياف أفضل خصائص الشد تحت حرارة تجوب أعلى.
| أكسدة الصمغية | الصمغية التقليدية | ||
| ريال 20% | ريال 0% | ||
| العائد (%) | 74.2 | 72.34 | 65 |
| جلد (cN/دت) | 10.12 | 6.09 | 7.8 |
| الاستطالة (%) | 2.72 | 2.39 | 2.43 |
| تمزق (cN/دت) | 0.13 | 0.07 | 0.1 |
| قيمة المشتريات | 1980 | 1685 | 1732 |
| قيمة سمك القد (مغ/لتر) | 23000 | 29000 | 29800 |
الجدول 2. مقارنة الصمغية الأكسدة. مقارنة لأكسدة الصمغية (باستخدام هيدروكسيد الصوديوم والقلويات المستدامة المصدر) وألياف الرامي19 الصمغية التقليدية. ألياف ديجوميد في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي يدعمها قلوي تسيطر الإفراج مصدر تحقيق أفضل الخصائص. ريال = معدل الإحلال.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تحديد Mg(OH)2 استبدال معدل رد فعل درجة الحرارة وهو النقطة الأساسية لهذا البروتوكول. يمكن أن تؤثر Mg(OH)2 معدل استبدال قيمة الأس الهيدروجيني ومن ثم القدرة على أكسدة الصمغية الحل. كان معدل استبدال2 Mg(OH) أفضل لرامي الصمغية 20%، السليولوز يتعذر تلقي حماية كافية تحت معدل استبدال أقل من 20%، وسيحتفظ بقدر مفرط من اللثة المتبقية (انخفاض قيمة DP وكريستالينيتي) في الألياف تحت معدل استبدال أكثر من 20 في المائة (الشكل 4 أ).
درجة الحرارة رد فعل يمكن أن تؤثر في مسار رد فعل من بيروكسيد الهيدروجين. وكانت هناك ردود فعل موازية اثنين في أكسدة الصمغية لرامي: كان الأول رد فعل بين ح2س2 واللثة؛ والثاني هو رد فعل ح2س2 والسليولوز، التي يمكن أن تسبب ضررا السليولوز وبالتالي تقليل الشد خصائص الألياف ديجوميد. ارتفاع درجة الحرارة يمكن الحث على الإسراع بردود فعل اثنين (سرعة رد فعل زادت من 2 أو 4 مرات، مع ارتفاع درجة الحرارة كل 10 درجة مئوية). نمو سرعة رد فعل ح2س2 واللثة كانت أعلى بكثير من ح2س2 والسليولوز، نظراً لأن لها طاقة التنشيط أعلى، مما يجعل من أكثر حساسية للتغير في درجة الحرارة. في الفترة الأولى من الصمغية (0 إلى 60 دقيقة)، حدث تدهور السليلوز نادراً ما، نظراً لأنها مشمولة باللثة. ولذلك، هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الجذور الحرة، ويجب تعيين درجة الحرارة على 85 درجة مئوية. بعد 60 دقيقة، وأزيلت معظم اللثة وتعرضت السليلوز إلى الحل ديجومينج؛ ينبغي رفع درجة الحرارة إلى 125 درجة مئوية إلى إبطاء سرعة رد الفعل الراديكالية الحرة ولمنع تدهور السليلوز (الجدول 1).
ويمكن تمديد التكنولوجيا من هذا البروتوكول إلى مجالات أخرى، مثل استخراج وتبيض، وتعديل المواد النباتية في النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين. يجب تعيين Mg(OH)2 استبدال معدل ورد فعل درجة الحرارة وفقا لشروط محددة. عادة، قيمة الأس الهيدروجيني وبالتالي القدرة على أكسدة الهيدروجين القلوي فوق أكسيد يقلل النظام مع زيادة معدل الإحلال. عندما يتم تعيين درجة الحرارة رد فعل على 85 درجة مئوية، رد فعل الراديكالية الحرة تلعب الدور الرئيسي في النظام وقدرة أكسدة قوي يجعل النظام مناسب تذويب المواد؛ عندما تم تعيين درجة الحرارة رد فعل في 125 درجة مئوية، كان يحول دون رد فعل الراديكالية الحرة، وكمية كبيرة من هوو موجودة في النظام، مما يجعل هذا النظام مناسب للتبييض19. الحد من هذه التكنولوجيا أنه يمكن فقط تعيين قيمة pH نظام بيروكسيد الهيدروجين في القيم بين 10.0 إلى 12.0 عند استخدام المصدر القلوي تسيطر-صدر.
لقد أظهرنا أسلوب تحسين ملكا لألياف الرامي أكسدة ديجوميد باستخدام Mg(OH)2 كمورد القلوي المستدامة (الجدول 2). يجري الآن تطبيق هذه التكنولوجيا في المرحلة التجريبية، ونتوقع أن تواصل هذه التكنولوجيا لتطوير.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
أيد هذا العمل تخصيص تمويل "نظام البحوث الزراعية الصين" اللحاء و "أوراق محاصيل الألياف" (منحة عدد السيارات-19)، و "الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية" و "التكنولوجيا الابتكار المشروع" (المنحة رقم أستيب-IBFC07)، صندوق الابتكار لطلاب الدراسات العليا في جامعة دونغهوا (منح رقم 16 د 310107)، 'فريق شياو بينغ تسخير العلم والتكنولوجيا للابتكار' (التصنيع المتكاملة مجموعة البحث والتطوير من ألياف اللحاء الصمغية البيولوجية)، "مجلس المنح الدراسية الصيني".
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hydrogen peroxide, 30% | Fisher Scientific | H325-100 | Chemical for degumming |
| Magnesium hydroxide, 99% | Fisher Scientific | AA1236722 | Chemical for degumming |
| Sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-1 | Chemical for degumming |
| Sodium bisulfite | Fisher Scientific | S654-500 | Chemical for degumming |
| Sodium tripolyphosphate | Fisher Scientific | AC218675000 | Chemical for degumming |
| Anthraquinone, >98% | Fisher Scientific | AC104930500 | Chemical for degumming |
| 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid | Fisher Scientific | 50-901-10243 | Chemical for degumming |
| Degumming oil | Minglong auxiliaries limited liability company, Yiyang, Hunan,China | —— | Chemical for degumming |
| Ethyl alcohol | Fisher Scientific | A962-4 | Chemical for testing |
| Benzene | Fisher Scientific | AA43817AE | Chemical for testing |
| Copper wire,0.5mm (0.02in) dia | Fisher Scientific | AA10783H4 | Chemical for testing |
| Cupriethylenediamine solution 1mol/L | Fisher Scientific | 24991 | Chemical for testing, caution toxic |
| Nitric acid (65% ~68% ) | Fisher Scientific | A200-612GAL | Chemical for testing, caution |
| Ethylenediamine | Fisher Scientific | AC118420100 | Chemical for testing |
| Potassium permanganate | Fisher Scientific | P279-500 | Chemical for testing |
| Sulphuric acid | Fisher Scientific | A300C-212 | Chemical for testing |
| Silver sulfate | Fisher Scientific | S190-25 | Chemical for testing |
| Raw ramie | Guangyuan limited liability company, Changde, Hunan,China | —— | Raw materials |
| Electric-heated thermostatic water bath | Senxin Experiment equipment limited liability company,Shanghai,China | DK-S28 | Equipments for degumming |
| High temperature lbaorator dyeing machine | Shanghai Longda chemcials Crop. | RY-1261 | Equipments for degumming |
| Thermometer | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 100 °C | Equipments for degumming |
| Vacuum suction machine | Yukang KNET ,Shanghai,China | SHB-IIIA | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Suction flask | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 1000mL | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Sand-core funnels | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 35mL | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Oxidation reduction potential meter | Dapu instrument, Shanghai, China | MODEL 421 | Equipments for testing ORP value |
| pH meter | Hanna instruments,Beijing,China | HI 98129 | Equipments for testing pH value |
| Acid burette | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 50mL | Equipments for testing H2O2 content |
| Flask | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250 mL/500 mL | Equipments for testing H2O2 content; residual gums content |
| Electric furnace | Jiangyi Experiment instruments limited liability company,Shanghai,China | 800-2000W | Equipments for testing residual gums content |
| Reflux condensing tube | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing residual gums content; COD value |
| Fiber cutter (40mm) | Changzhou No.2 Textile Machine Co.,Ltd | Y171A | Equipments for testing fiber density |
| Ostwald viscometer | Taizhou, jiaojiang, glass instruments company | 0.6mm | Equipments for testing fiber PD value |
| Spherical fat extractor | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing fiber PD value |
| Soxhlet extractor | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing fiber PD value |
| Torsion balance | Liangping instrucments Co.,Ltd,Shanghai, China | JN-B | Equipments for testing fiber density |
| Fiber strength instrument | Xinxian instruments, shanghai,China | XQ-2 | Equipments for testing fiber tensile property |
| Tension clamp | Depu textile technology Co.,Ltd, Changzhou, jiangsu, China | 0.3cN/dtex | Equipments for testing fiber tensile property |
| COD thermostatic heater | Qiangdao Xuyu environment protection technology Lit company | DL-801A | Equipments for testing COD value |
| FTIR | Thermo Fisher, America | Nicolet | FTIR analysis |
| XRD | Rigaku, Japan | D/max-2550 PC | XRD analysis |
| Electronic balance | Shanghai jingtian Electronic instrument Co.,Ltd | FA2004A | Generral equipments |
| Drying oven | Tonglixinda instruments, Tianjin,China | 101-2AS | Generral equipments |
| Weighing bottle | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 50x30 | Generral equipments |
| Beaker | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 500mL | Generral equipments |
| Sample sieve | Xiaojin hardware instruments Co.,Ltd, Shangyu, Zhejiang | 120 mesh | Generral equipments |
| Glass rod | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | —— | Generral equipments |
| Cylinder | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL, 50mL | Generral equipments |
| Pipette | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 5mL, 10mL | Generral equipments |
| Rubber suction bulb | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | —— | Generral equipments |
| Orign | OriginLab | 8.0 | Software for figure drawing |
References
- Yuan, J. G., Yu, Y. Y., Wang, Q., Fan, X. R., Chen, S. Y., Wang, P. Modification of ramie with 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid. Fiber Polym. 14, 1254-1260 (2013).
- Kipriotis, E., Heping, X., Vafeiadakis, T. Ramie and kenaf as feed crops. Ind Crop Prod. 68, 126-130 (2015).
- Rebenfeld, L. Fiber: the old and the new. J Text Inst. 92, 1-9 (2001).
- Ramamoorthy, S. K., Skrifvars, M., Persson, A. A review of natural fiber used in biocomposites: plant, animal and regenerated cellulose fiber. Polym Rev. 55, 107-162 (2015).
- Yu, H. Q., Yu, C. W. Influence of various retting methods on properties of kenaf fiber. J Text Inst. 101 (5), 452-456 (2010).
- Fan, X. S., Liu, Z. W., Liu, Z. T., Lu, J. A novel chemical degumming process for ramie bast fiber. Text Res J. 80, 2046-2051 (2010).
- Liu, G. L. Research on the application of sodium percarbonate the degumming of ramie. , Donghua University. China. (2013).
- Meng, C. R., Yu, C. W. Study on oxidation degumming of ramie fiber. Adv Mater Res. , 881-883 (2014).
- Liu, Z. C., Duan, S. W., Sun, Q. X., Zhang, Y. X. A rapid process of ramie biodegumming by Pectobacterium sp. CXJZU-120. Text Res J. 82 (15), 1553-1559 (2012).
- Guo, F. F., Zou, M. Y., Li, X. Z., Zhao, J., Qu, Y. B. An effective degumming enzyme from Bacillus sp. Y1 and synergistic action of hydrogen peroxide and protease on enzymatic degumming of ramie fiber. BioMed Res Int. , (2013).
- Li, Z. L., Yu, C. W. Effect of peroxide and softness modification on properties of ramie fiber. Fiber Polym. 15, 2105-2111 (2014).
- Li, Z. L., Meng, C. R., Yu, C. W. Analysis of oxidized cellulose introduced into ramie fiber by oxidation degumming. Text Res J. 85 (20), 2125-2135 (2015).
- Xueren, Q. Green bleaching technologies of pulp. , Chemical Industry Press. Beijing. (2008).
- Erkselius, S., Karlssom, O. J. Free radical degradation of hydroxyethy cellulose. Carbohydr Polym. 62, 344-356 (2005).
- Meng, C. R., Liu, F. M., Li, Z. L., Yu, C. W. The cellulose protection agent used in the oxidation degumming of ramie. Textile Research Journal. 86 (10), 1109-1118 (2016).
- Long, X., Xu, C., Du, J., Fu, S. The TAED/H2O2/NaHCO3 system as an approach to low-temperature and near-neutral pH bleaching of cotton. Carbohydr Polym. 95, 107-113 (2013).
- Yun, N. Studies on magnesium-based hydrogen peroxide bleaching and mechanisms of deinked pulp. , South China University of Technology. China. (2014).
- Zhang, W., Kong, F. Replacement of sodium peroxide bleaching by magnesium-based peroxide bleaching for pulp. Paper Sci Technol. 29, 25-28 (2010).
- Meng, C. R., Li, Z. L., Wang, C. Y., Yu, C. W. Alkali Source Used in the Oxidation Degumming of Ramie. Text Res J. 87 (10), 1155-1164 (2017).
- Gorski, D., Engstrand, P., Hill, J., Axelsson, P., Johansson, L. Mg(OH)2-based hydrogen peroxide refiner bleaching: influence of extractives content in dilution water on pulp properties and energy efficiency. Appita Journal. 63 (3), 218-225 (2010).
- Leduc, C., Martel, J., Danea, C. Efficiency and effluent characteristic from Mg(OH)2-based hydrogen peroxide bleaching of high-yield pulps and deinked pulp. Cellulose Chemistry & Technology. 44 (7-8), 271-276 (2010).
