Summary
Præsenteres her er en protokol til udvinding af ramie fiber i alkaliske hydrogenperoxid system understøttes af kontrolleret frigivelse alkali kilde.
Abstract
Denne protokol demonstrerer en metode for ramie fiber ekstraktion ved vaskning rå ramie i en alkali hydrogenperoxid system understøttes af en kontrolleret frigivelse alkali kilde. Fiber udvundet af ramie er en type af tekstilmateriale af stor betydning. I tidligere undersøgelser, blev ramie fiber udvundet i en alkali hydrogenperoxid system understøttes kun af natriumhydroxid. Men på grund af den stærke alkalinitet af natriumhydroxid, oxidation reaktionshastighed hydrogenperoxid var svære at styre og dermed resulterede i store skader at det behandlede fiber. I denne protokol, der en kontrolleret frigivelse alkali kilde, som er sammensat af natriumhydroxid og magnesiumhydroxid, bruges til at give en alkaliske tilstand og buffer pH-værdi af alkali brint peroxidesystem. Substitution sats af magnesiumhydroxid kan justere pH-værdien af hydrogenperoxid system og har stor indflydelse på fiber egenskaber. PH-værdi og thermodynamikken potentielle (ORP) værdi, der repræsenterer muligheden for oxidation af alkali hydrogenperoxid system, var overvåges ved hjælp af et pH-meter og ORP meter, henholdsvis. Resterende hydrogenperoxid indhold i alkaliske hydrogenperoxid system under udpakningen og den kemiske iltforbrug (COD) værdien af spildevand efter fiber ekstraktion er testet af KMnO4 titrering metode. Udbyttet af fiber er målt ved hjælp af en præcision elektronisk balance, og resterende tandkødet af fiber er testet af en kemisk analysemetode. Polymerisering grad (PD værdi) af fiber er testet af en iboende viskositet metode ved hjælp af Ubbelohde viskosimeter. Egenskaben trækstyrke af fiber, herunder stædighed, strækforlængelse og brud, måles ved hjælp af en fiber styrke instrument. Fourier transform infrarød spektroskopi og røntgen diffraktion er brugt til at karakterisere funktionelle grupper og crystal ejendom af fiber. Denne protokol beviser at kontrolleret frigivelse alkali kilde kan forbedre egenskaberne af fiber udvundet i en alkali hydrogenperoxid system.
Introduction
Ramie, almindeligvis kendt som 'Kina græs' er en flerårig urt, hvis fiber kan bruges som en glimrende materiale til tekstil industri1,2. Det er en af de vigtigste økonomiske afgrøder indfødte til Kina; produktionen af ramie i Kina har tegnede sig for mere end 90% af det samlede udbytte i verden1,2. Ramie fiber er en af de stærkeste og længste plantefibre, skinnende med en næsten silkeagtige udseende3,4. Den lange længde af ramie fiber gør det velegnet til enkelt fiber spinning, som sjældent ses i bast fibre. Tekstil lavet af ramie fiber besidder mange fremragende egenskaber, såsom kølighed, antibakterielle, fremragende termisk ledningsevne, ventilation, etc.3,4
Cellulose er hovedbestanddelen af ramie fibre, og de øvrige komponenter i ramie, pektin, lignin, vand opløselige materialer, er defineret som tandkød,5,6. Ramie fiber kan udtrækkes ved at opløse gummerne i oploesning indeholdende kemiske reagenser, i en proces, der er defineret som degumming5,6. Hovedsageligt to tilgange af ramie fiber udvinding findes: kemiske degumming og bio-degumming. Energiforbrug, tidsforbrug og torsk værdi af degumming spildevand i traditionelle kemiske degumming er forholdsvis høj, som cellulose fiber er udvundet ved vaskning rå ramie i koncentreret NaOH under højtryk for 6 til 8 h7,8 . Alternativt, bio-degumming er en miljøvenlig løsning for ramie fiber udvinding. Ikke desto mindre hæmme barske reaktion tilstand og avanceret udstyr dets yderligere industrielt9,10. Derfor, oxidation degumming med alkali hydrogenperoxid præsenterer en værdifuld og alternative program til at fokusere på, for det kræver kortere degumming tid og lavere degumming temperatur11,12. Men på grund af den stærke oxidation evne af peroxider, betydelige cellulose nedbrydning kan forekomme under den degumming proces, som kan forårsage stor skade på fiber egenskaber13,14. Dette er den største ulempe af alkali peroxid oxidation degumming af ramie.
I tidligere undersøgelser, blev ramie fiber udvundet i en alkali hydrogenperoxid system understøttes kun af natriumhydroxid15. Men på grund af den stærke alkalinitet af natriumhydroxid, oxidation reaktionshastighed hydrogenperoxid var vanskeligt at kontrollere og dermed medført stor skade for behandlede fiber7. For at forbedre egenskaberne af ramie fiber, bruges en kontrolleret frigivelse alkali kilde, som er sammensat af natriumhydroxid og magnesiumhydroxid, i denne undersøgelse til at tilbyde en alkaliske tilstand og buffer pH-værdi af alkali hydrogenperoxid system16 , 17.
Rationalet bag denne teknologi kan være beskrevet som følger. Magnesiumhydroxid er svagt opløseligt i destilleret vand, og det kan opløses gradvist ind i den degumming løsning med forbrug af OH- og holde pH-værdi og dermed oxidation evne til degumming løsning i en passende vifte18. Substitution sats (SR) af magnesiumhydroxid defineres som muldvarp andelen af NaOH erstattet af magnesiumhydroxid under den samlede alkali dosis på 10%, og substitution sats kan beregnes ved følgende ligning. Derudover kan Mg2 + forhindre cellulose forringelse forårsaget af over oxidation19,20.
Her, M2 (g) er vægten af Mg(OH)2M1 (g) er vægten af NaOH, 40 er molvægten af NaOH, 58 er molvægten af Mg(OH)2, 2 er antallet af OHs i Mg(OH)2og SR er substitution sats.
Teknologien af denne protokol kan udvides til udvinding, blegning og ændring af plantematerialer i en alkali hydrogenperoxid system. Det skal dog bemærkes, at udvælgelsen af pH værdi og reaktion temperatur af alkali hydrogenperoxid system er nøglen til denne teknologi21. PH-værdien af alkali hydrogenperoxid system kan justeres ved at ændre substitution sats17. PH-værdi og dermed oxidation evne af alkali hydrogenperoxid system falder med stigende substitution sats. Når reaktion temperatur ligger på 85 ° C, frie radikaler reaktion spiller den vigtigste rolle i systemet og stærk oxidation af systemet er velegnet til opløse materialer; Når reaktion temperatur ligger ved 125 ° C, frie radikaler reaktion er hæmmet og en stor mængde af HOO findes i systemet, hvilket gør systemet velegnet til blegning19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. oxidation Degumming af Ramie
-
Forberede oxidation degumming løsning
- Opløs 2 g H2O2, 1 g alkali (en blanding af Mg(OH)2 og NaOH), 0,4 g Na5P3O10, 0,1 g anthraquinone og 0,2 g HEDP i 100 mL destilleret vand til at gøre den degumming løsning.
-
Oxidation degumming af ramie
- Fordyb 10 g rå ramie i den degumming løsning og gennemsøge det under 85 ° C i 60 min.
- Hæve temperaturen til 125 ° C (med tryk på 0,6 kg) og gennemsøge for en anden 60 min.
Bemærk: Se diskussion for forklaring på at hæve temperaturen.
-
At reducere ramie fiber
- Opløse 0,4 g NaHSO3 i 100 mL destilleret vand til at forberede den reducerende løsning. Derefter behandle de degummed fiber i at reducere opløsningen ved 90 ° C i 60 min.
Bemærk: Carboxyl grupper og aldehyd grupper i cellulose genereret i oxidation reaktion forårsage reduktion af hydrogenbindinger og dermed skade til egenskaben fiber. At reducere kan forbedre egenskaben af fiber ved at konvertere carboxyl grupper og aldehyd grupper tilbage til hydroxylgrupper.
- Opløse 0,4 g NaHSO3 i 100 mL destilleret vand til at forberede den reducerende løsning. Derefter behandle de degummed fiber i at reducere opløsningen ved 90 ° C i 60 min.
-
Opfølgning af behandling
- Vask degummed ramie fiber grundigt med deioniseret vand.
- Fordyb fiber i degumming olie ved 90 ° C i 15 min og derefter tørre fiber i ovn (125 ° C) til 4 h.
2. afprøvning af egenskaben Degumming løsning
-
Opløselighed test af Mg(OH)2
- Opløs 2 g Mg(OH)2 i 100 mL destilleret vand.
- Separat, opløse 2 g Mg(OH)2 i 100 mL opløsning med fuldstændigt opløselig degumming tilsætningsstoffer, herunder 0,4 g Na5P3O10 og 0,2 g HEDP.
- Hæve temperaturen af de løsninger, der er beskrevet i trin 2.2.1 og 2.2.2 til 85 ° C.
- Uddrag den uopløst Mg(OH)2 med sintret diske.
- Beregn opløseligheden af Mg(OH)2 af følgende formel:
Bemærk: Her m (g) er vægten af den uopløst Mg(OH)2.
-
Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på pH værdi, ORP værdi og resterende H2O2 indhold af den degumming løsning
Bemærk: ORP12,19 er et vigtigt vand kemi parameter og det giver et måleværktøj for oxiderende eller reducere kapaciteten af det omgivende vand. Løsninger med stærkere oxidation ejendom har en højere ORP-værdien. Mg(OH) refererer2 substitution til muldvarp andelen af NaOH erstattet af Mg(OH)2 under den samlede alkali dosis på 10% (på vægten af stof).- Forberede de degumming løsninger med Mg(OH)2 substitution sats på 0%, 20%, 40%, 60%, 80% og 100% ifølge trin 1.1, henholdsvis.
- Fordybe den rå ramie i degumming løsninger beskrevet taktfast 2.2.1.
- Degumming startprocessen ifølge trin 1.2.
- Vaske den kombinerede ORP elektrode med destilleret vand og tørres i luften. Derefter nedsænke det kombinerede ORP elektrode meter i degumming løsninger til at læse værdien ORP hver 10 min. Fordyb pH elektrode-meter i degumming løsninger til at læse pH værdi hver 10 min.
- Test H2O2 indhold af de degumming løsninger hver 10 min af KMnO4 titrering metode efter kinesisk standard GB 22216-20087.
3. test egenskaben Ramie Fiber
-
Udbyttet af degumming
- Beregne udbyttet af degumming ved hjælp af følgende ligning:
Bemærk: Her w (g) er tørvægt af fiber efter degumming; W (g) er tørvægt af ramie før degumming.
- Beregne udbyttet af degumming ved hjælp af følgende ligning:
-
Resterende tandkød af fiber
Bemærk: Resterende tandkødet af fiber blev testet efter kinesisk standard 5889-86.- Måle tørvægt af fiber (ca. 5 g) i en vejning flaske og fordybe den i en kolbe (med refluks kondenserende tube) indeholder 150 mL NaOH opløsning (20 g/L).
- Hæve temperaturen til 100 ° C og holder denne temperatur i 1 h.
- Opdater den maengde natriumhydroxidoploesning.
- Hæve temperaturen til 100 ° C og vedligeholde for 2 h.
- Vaske fiber i en stikprøve sigte.
- Måle tørvægt af fiber ved vejning, flaske.
- Beregn resterende tandkødet af fiber ved hjælp af følgende ligning:
Bemærk: Her m (g) er tørvægt af fiber; M (g) er tørvægt af ramie efter NaOH vaskning.
-
PD test
Bemærk: Teste PD værdien af ramie fiber efter kinesisk standard GB 5888-8615.- Affedt ramie fiber ved nedsænkning i 2:1 (v/v) benzen og ethanol blanding.
- Fordampe opløsningsmidler i luft ved rumtemperatur.
- Skær prøverne i korte stykker (1-2 mm, om ~ 20-23 mg for hver enkelt prøve) ved hjælp af saks.
- Holde prøverne i en kontrolleret fugtighed atmosfære (20 ± 2 ° C, relativ fugtighed = 65 ± 2%) i en vejning beholder indtil det når ligevægt vand indhold før du fjerner materialeudgiften til testformål.
- Fordybe en kobbertråd (0,5 mm i diameter) i koncentreret salpetersyre, efterfulgt af 98% vandfrit ethylendiamin. Derefter vask granulet kobber grundigt med destilleret vand.
- Sætte fiber prøve og kobber granula i en plastflaske (med top).
- Tilsæt 10 mL destilleret vand og 10 mL 1 mol/L cupriethylenediamine løsning i plastflaske, og rør ved hjælp af en magnetisk røre bar for at forberede 0,2 g/100 mL (ca) ramie fiber cupriethylenediamine løsning.
- 6,5 mL ramie fiber cupriethylenediamine opløsning overføres til en Ubbelohde viskosimeter at måle dens iboende viskositet. Beregne den relative viskositet ved følgende ligning:
Bemærk: Her ηRasmussen er den relative viskositet, t (s) er den gennemsnitlige tid af ramie fiber cupriethylenediamine løsning strømmer gennem Ubbelohde viskosimeter og t0 (s) er den gennemsnitlige tid for 0,5 mol/L cupriethylenediamine løsning strømmer gennem Ubbelohde viskosimeter. - Beregning af PD værdien af ramie fiber ved følgende ligning:
Bemærk: Her [η]' er den iboende viskositet, [η] × C værdi kan hentes fra en tabel i kinesisk standard GB 5888-86, og C' er koncentrationen af ramie fiber cupriethylenediamine løsning.
-
Lineær massefylde af fiber
- Beregne lineær massefylde af fiber ved hjælp af følgende ligning:
Bemærk: Her Lc er skære længde (40 mm), n er antallet af fibre og G (g) er vægten af fiber. Lineær massefylde af fiber henviser til vægten af en 1000 m lang fiber under officielle genvinde af ramie (12%).
- Beregne lineær massefylde af fiber ved hjælp af følgende ligning:
-
Mekanisk ejendom test
- Reagensglasset fiber prøver i standard atmosfærens tilstand (T = 20 ± 2 ° C, RH = 65% ± 2%) til 24 h.
- Teste stædighed, bryde strækforlængelse og arbejde med brud af fiber ved hjælp af fiber styrke instrument under den følgende indstilling af 20 ° C, RH 65% og pre spænding af 0,3 KN/dtex. Indstille fastspænding afstand på 20 mm og den faldende hastighed af den nederste klemme på 20 mm/min.7,15.
-
TORSK værdi af degumming spildevand
- Teste torsk af degumming spildevand efter kinesisk standard GB/T 15456-2008 'industrielle cirkulerende kølende vand-bestemmelse af COD-kalium permanganat metode'7,15.
-
XRD test
- Få crystallinity af fiber ved hjælp af røntgen diffraktion. Post XRD mønstre 2θ = 5-60 ° med en diffractometer udstyret med en grafit monochromator og Cu Kα stråling ved λ = 0.154 nm (40 kV, 200 mA).
-
FTIR analyse
- Få FTIR mønster af fiber ved hjælp af spektrometer. Indstille scanning gange på 30, rækkevidde på 4.000-400 cm-1, og opløsningen på 8 cm-1. Bestemme de kemiske funktionelle grupper i behandlede fiber ved hjælp af FT-IR analyse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Opløseligheden af Mg(OH)2 i destilleret vand og degumming løsning blev studeret (figur 1). Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på pH og ORP værdi (figur 2) i den degumming løsning blev testet. Degumming udbytte og resterende tandkødet af fiber degummed under forskellige Mg(OH)2 substitution sats var beregnet (figur 3). DP værdi, crystallinity, trækstyrke egenskaber af fiber (figur 4), og torsk værdi af spildevand (figur 5) blev brugt til at vurdere effekten af Mg(OH)2 på degumming. FTIR mønster af fiber blev opnået (figur 6). De resterende H2O2 indhold af den degumming løsning under udpakningen fiber blev testet (figur 7) og effekten af degumming temperatur i andet fase er vist i tabel 1. Sammenligning af oxidation degumming (ved hjælp af bæredygtig alkali kilde og NaOH) og traditionelle degumming er vist i tabel 2.
Selv om opløseligheden af Mg(OH)2 i degumming løsning var højere end i destilleret vand af lamel virkningen af degumming medhjælpere, det var stadig utilstrækkeligt opløselige, og dermed en kontrollerede-udgivet ejendom blev anvendt (figur 1 ). Når en kontrollerede-udgivet alkali kilde blev brugt, var pH-værdien af den degumming løsning stabil og faldt med stigende substitution sats (figur 2A). Faldende af ORP-værdien var langsommere under højere substitution sats (figur 2B). Resterende gum analyse afslørede, at udbyttet af degumming og resterende tandkødet af fiber steget med substitution sats; substitution rate skal være over 60% at forhindre fiber vedhæftning. (Figur 3). DP-værdi, crystallinity og trækstyrke egenskaber af fiber steg med substitution sats fra 0% til 20%, men faldt ved yderligere stigende substitution sats (figur 4): dette forklares ved overdreven mængden af tandkød, der blev bevaret i fiber når det substitution var over 20%. Når substitution satsen blev fastsat til 20%, var pH-værdien af den degumming løsning 11,8; og den vedholdenhed, strækforlængelse, brud, DP værdi og hemicellulose indhold udbytte af fiber steget med 39.82%, 12.13%, 46.15%, 14.89% og 5%, henholdsvis (figur 2, figur 3, figur 4). Derudover torsk værdien af den degumming spildevand faldt med 20% (figur 5). I FTIR mønstre af fiber, signaler i regionen 3.400-2.800 cm-1 og peak på 2.900 cm-1 skyldtes den strækker vibrationer -CH og -OH cellulose, og disse signaler eksisteret i alle prøver. Carbonyl peak på 1,730-1.750 cm-1 blev tilskrevet at C = O udspænding af C-OH bøjning i hemicellulose, og dette signal blev stærkere når substitution var lavere, som viste at hemicellulose, kan blive fjernet mere effektivt en lavere substitution sats (figur 6). Resterende H2O2 indhold steg med 3 g/L, når du bruger kontrolleret-udgivet alkali kilde; substitution sats imidlertid ikke påvirke den resterende H2O2 indhold (figur 7). Når kontrolleret frigivelse alkali kilde blev brugt til degumming, nedbrydning hastighed af H2O var2 kontrolleret af degumming temperatur. I den første periode af degumming (0-60 min) opstod cellulose nedbrydning sjældent, for det var dækket af tandkødet. Derfor var behov for en stor mængde af frie radikaler og temperaturen bør fastsættes til 85 ° C. Efter 60 min, de fleste af tandkødet var fjernet og cellulose var udsat for den degumming løsning: temperaturen hæves til 125 ° C til at bremse reaktionshastighed frie radikaler og derfor forhindre nedbrydning af cellulose (tabel 1). Sammenligning af oxidation degumming (ved hjælp af en bæredygtig alkali kilde og NaOH) og traditionelle degumming afslørede at fiber degummed i alkaliske hydrogenperoxid system understøttes af kontrolleret frigivelse alkali kilde opnåede de bedste egenskaber ( Tabel 2).
Figur 1. Opløseligheden af Mg(OH)2 i destilleret vand og degumming løsning19. Mg(OH)2 viste højere Opløselighed i degumming løsning sammenlignet med, i destilleret vand, på grund af salt effekten af degumming medhjælpere. Mg(Oh)2 opløses i den degumming løsning langsomt efter inset kemiske ligninger. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på degumming løsning egenskaber. (A) pH-værdien i degumming løsning. Når Mg(OH)2 blev brugt, var pH-værdien af den degumming løsning stabil og faldt med stigende substitution sats. (B) ORP-værdien af degumming løsning19. Den faldende hastighed af ORP værdi var langsommere under højere SR værdi. SR = substitution sats. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på degumming udbytte og resterende tandkødet af fiber. Det indsatte billede viser af ramie fiber degummed under Mg(OH)2 substitution priser af topografi: (et) 0%, (b) 20%, (c) 40%, (d) 60%, (e) 80%, (f) 100%19. Udbyttet af degumming og resterende tandkødet af fiber steg med substitution sats og substitution sats skal være over 60% at forhindre fiber vedhæftning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på: (A) DP værdi og crystallinity af fiber; og (B) den trækstyrke egenskaber af fiber19. DP værdi, crystallinity og trækstyrke egenskaber af fiber steg med SR fra 0% til 20%, men faldt med yderligere stigende substitution sats. Fejllinjer udgør standardafvigelse på data fra 30 dublerede tests. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Effekten af Mg(OH)2 substitution sats på torsk værdi af degumming spildevand19. TORSK værdien af degumming spildevand faldt med stigende substitution sats. Fejllinjer udgør standardafvigelse på data fra 30 dublerede tests. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6. FTIR fiber degummed med forskellige substitution satser på Mg(OH)219. Signaler i regionen 3.400-2.800 cm-1 og peak på 2.900 cm-1 skyldtes den strækker vibrationer -CH og -OH cellulose; disse signaler var til stede i alle prøver. Carbonyl peak på 1,730-1.750 cm-1 blev tilskrevet C = O udspænding af C-OH bøjning i hemicellulose; disse signaler blev stærkere når SR var lavere, som viste at hemicellulose, kan blive fjernet mere effektivt under lavere substitution sats. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. Resterende H2O2 indhold i degumming løsning med forskellige substitution sats af Mg(OH)219. Resterende H2O2 indhold steg når kontrolleret-udgivet alkali kilde blev brugt; dog har substitution sats ikke indflydelse på de resterende H2O2 indhold. SR = substitution sats. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Temperatur | Lineær massefylde (dtex) | Brudstyrke (KN/dtex) | Brudforlængelse (%) | Ruptur (KN/dtex) |
| 100 ° C | 6.1 | 6.69 | 2.33 | 0,08 |
| 125 ° C | 5.6 | 8.3 | 2,75 | 0,14 |
Tabel 1. Trækstyrke egenskaber af fiber vaskning under forskellige temperatur i anden fase19. Fiber udstillet bedre trækstyrke egenskaber under højere fjernelse af pletter temperatur.
| Oxidation degumming | Traditionel degumming | ||
| SR 20% | SR 0% | ||
| Udbytte (%) | 74,2 | 72.34 | 65 |
| Brudstyrke (KN/dtex) | 10.12 | 6,09 | 7.8 |
| Brudforlængelse (%) | 2,72 | 2.39 | 2.43 |
| Ruptur (KN/dtex) | 0,13 | 0,07 | 0,1 |
| PD værdi | 1980 | 1685 | 1732 |
| TORSK værdi (mg/L) | 23000 | 29000 | 29800 |
Tabel 2. Sammenligning af oxidation degumming. Sammenligning af oxidation degumming (ved hjælp af bæredygtig alkali kilde og NaOH) og traditionelle degumming19 ramie fiber. Fiber degummed i en alkali hydrogenperoxid system understøttes af en kontrolleret frigivelse alkali kilde opnåede de bedste egenskaber. SR = substitution sats.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Indstilling af Mg(OH)2 substitution sats og reaktion temperatur var det centrale punkt i denne protokol. Mg(Oh)2 substitution sats kan påvirke pH-værdi og dermed oxidation evne til degumming løsning. De bedste Mg(OH)2 substitution sats for ramie degumming var 20%, fordi cellulose kan ikke modtage tilstrækkelig beskyttelse under en substitution sats under 20%, og en stor mængde af resterende tandkød (lav DP værdi og crystallinity) ville være bevaret i fiber under en substitution sats over 20% (figur 4A).
Reaktion temperatur kan påvirke reaktion pathway af hydrogenperoxid. Der var to parallelle reaktioner i oxidation degumming af ramie: først var reaktionen mellem H2O2 og tandkød; andet var reaktionen fra H2O2 og cellulose, som kan forårsage skade på cellulose og dermed mindske degummed fiber trækstyrke egenskaber. Stigende temperatur kan fremkalde en fremskyndelse af de to reaktioner (reaktionshastighed steget med 2 eller 4 gange, med temperaturstigning pr. 10 ° C). Væksten i reaktionshastighed for H2O2 og tandkød var meget højere end H2O2 og cellulose, fordi dens aktiveringsenergien er højere, hvilket gjorde det mere følsomme over for temperaturforandringer. I den første periode af degumming (0-60 min) opstod cellulose nedbrydning sjældent, fordi det var dækket af tandkødet. Derfor var behov for en stor mængde af frie radikaler og temperaturen bør fastsættes til 85 ° C. Efter 60 min, de fleste af tandkød var fjernet og cellulose var udsat for den degumming løsning; temperaturen hæves til 125 ° C til at bremse reaktionshastighed frie radikaler og derfor forhindre nedbrydning af cellulose (tabel 1).
Teknologien af denne protokol kan udvides til andre områder, såsom udvinding, blegning og ændring af plantemateriale i alkaliske hydrogenperoxid system. Mg(OH)2 substitution sats og reaktion temperatur bør fastsættes de specifikke betingelser. Normalt, pH-værdi og dermed oxidation evne af alkali hydrogen peroxid system falder med stigende substitution sats. Når reaktion temperatur ligger på 85° C, frie radikaler reaktion spiller den vigtigste rolle i systemet og stærk oxidation evne gør systemet velegnet til opløse materialer; Når reaktion temperatur blev fastsat til 125 ° C, frie radikaler reaktion var hæmmet og en stor mængde af HOO eksisterede i det system, som gør systemet velegnet til blegning19. Begrænsning af denne teknologi er, at pH-værdien af hydrogenperoxid system kan kun angives på værdier mellem 10,0 til 12,0 når kontrolleret-udgivet alkali kilde bruges.
Vi har demonstreret en metode til at forbedre ejendommen af oxidation degummed ramie fiber ved hjælp af Mg(OH)2 som bæredygtig alkali ressource (tabel 2). Denne teknologi anvendes nu i pilotfasen, og vi forventer, at denne teknologi fortsat vil udvikle.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af den øremærkede fonden for Kina landbrug forskningssystem til Bast og blad Fiber afgrøder (tilskud antal biler-19), The Kina akademi for Jordbrugsvidenskab og teknologi Innovation Project (grant nummer ASTIP-IBFC07), innovationsfond for kandidatstuderende på Donghua University (Giv nummer 16D 310107), 'Xiaoping videnskab og teknologi innovation teamet' (industrialisering integreret R & D-Gruppen af bast fiber biologiske degumming), Kina stipendium Rådet.
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).
