استخراج الألياف الرامي في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج
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.
Protocol
Representative Results
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 م?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 | 250mL/500mL | 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 | 50×30 | 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. , (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. , (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. , (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).
