Summary
Hier gepresenteerd is een protocol voor extractie van ramee vezel in alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door gecontroleerd-release alkali bron.
Abstract
Dit protocol wordt een methode voor extractie van ramee vezel rauwe Ramee wassen in een alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door een gecontroleerde-release alkali-bron. De vezel gewonnen uit Ramee is een soort textiel materiaal van groot belang. Eerdere studies, werd in een alkali waterstofperoxide systeem alleen ondersteund door natriumhydroxide Ramee vezel gewonnen. Als gevolg van de sterke alkaliteit van natriumhydroxide, de reactiesnelheid van de oxidatie van waterstofperoxide was echter moeilijk te controleren en aldus gevolg grote schade aan de behandelde vezel. In dit protocol, wordt een gecontroleerde-release alkali-bron, die is samengesteld uit natronloog en magnesiumhydroxide, gebruikt om een alkali-voorwaarde en bufferen van de pH-waarde van de alkali-waterstof-peroxidesystem. Het tarief van de vervanging van magnesiumhydroxide de pH-waarde van de waterstofperoxide systeem kunt aanpassen en heeft grote invloed op de eigenschappen van de vezel. De pH-waarde en de oxidation-reduction potentiële (ORP)-waarde voor de mogelijkheid van de oxidatie van alkali waterstofperoxide systeem, werden onderzocht met behulp van een pH-meter en ORP meter, respectievelijk. De inhoud van de resterende waterstofperoxide in de alkali waterstofperoxide systeem tijdens het proces van winning en het chemisch zuurstofverbruik (COD) waarde van afvalwater na extractie van de vezel worden getest door KMnO4 titratie methode. De opbrengst van de vezel is gemeten met behulp van een elektronische evenwicht van precisie en resterende tandvlees vezels worden getest door een chemische analysemethode. De graad (PD-waarde) van de polymerisatie van vezel wordt getest door een intrinsieke viscositeit-methode met behulp van de Ubbelohde viscosimeter. De treksterkte eigenschap van vezels, met inbegrip van breuk, vasthoudendheid en rek wordt gemeten met een vezel sterkte instrument. Fourier transform infrarood spectroscopie en röntgendiffractie worden gebruikt voor het karakteriseren van de functionele groepen en crystal eigenschap van vezels. Dit protocol bewijst dat de gecontroleerde-release alkali-bron de eigenschappen van de vezel gewonnen in een alkali waterstofperoxide systeem kan verbeteren.
Introduction
Ramee, beter bekend als 'China grass' is een vaste plant kruid waarvan vezels kan worden gebruikt als een uitstekend materiaal voor de textiel industrie1,2. Het is een van de belangrijkste economische gewassen inheems in China; de productie van ramee in China is goed voor meer dan 90% van de totale opbrengst in de wereld1,2. Ramee vezel is één van de sterkste en langste plantaardige vezels, glanzend met een bijna zijdeachtige uiterlijk3,4. De lange lengte van ramee vezel maken het geschikt voor één vezel spinnen, die zelden wordt gezien in de bast fiber. De textiel gemaakt van ramee vezel bezit vele uitstekende eigenschappen, zoals de koelte, antibacteriële, uitstekende thermische geleidbaarheid, ventilatie, etc.3,4
Cellulose is het hoofdbestanddeel van ramee vezels, en de andere componenten in het Ramee, zoals pectine, lignine, water oplosbare stoffen, worden gedefinieerd als tandvlees5,6. Ramee vezel kan worden gewonnen door de ontbinding van het tandvlees in oplossing met chemische reagentia, in een proces dat is gedefinieerd als het degumming5,6. Vooral twee benaderingen van ramee vezel extractie bestaan: chemische degumming en bio-degumming. Het energieverbruik, tijd consumptie en Kabeljauw waarde van degumming afvalwater in traditionele chemische degumming is vrij hoog, als cellulose vezel wordt gewonnen door het wassen van ruwe Ramee in geconcentreerde NaOH onder hoge druk voor 6 tot 8 h7,8 . Als alternatief, bio-degumming is een eco-vriendelijke optie voor Ramee vezel extractie. Niettemin, de harde reactie voorwaarde en geavanceerde apparatuur remmen de verdere industriële toepassing9,10. Daarom, oxidatie met waterstofperoxide alkali degumming presenteert een waardevolle en alternatieve toepassing te richten op, daarvoor vereist degumming korter en lagere degumming temperatuur11,12. Echter, vanwege de sterke oxidatie vermogen van de peroxiden, aanzienlijke cellulose afbraak kan optreden tijdens de degumming, die leiden grote schade tot en met13,14van de eigenschappen van de vezel tot kan. Dit is het grootste nadeel van alkali peroxide oxidatie degumming van ramee.
Eerdere studies, werd in een alkali waterstofperoxide systeem alleen ondersteund door natriumhydroxyde15Ramee vezel gewonnen. Als gevolg van de sterke alkaliteit van natriumhydroxide, de reactiesnelheid van de oxidatie van waterstofperoxide was echter moeilijk te controleren en aldus gevolg grote schade aan de behandelde vezel7. Ter verbetering van de eigenschappen van ramee vezel, wordt een gecontroleerde-release alkali-bron, die is samengesteld uit natronloog en magnesiumhydroxide, gebruikt in deze studie te bieden een alkali-voorwaarde en bufferen van de pH-waarde van alkali waterstofperoxide systeem16 , 17.
De grondgedachte achter deze technologie kan als volgt worden omschreven. Magnesiumhydroxide is slecht oplosbaar in gedestilleerd water, en het kan ontbinden geleidelijk in de degumming oplossing met de consumptie van OH- en houden van de pH-waarde en dus oxidatie vermogen van degumming oplossing in een passende reeks18. De vervanging tarief (SR) van magnesiumhydroxide wordt gedefinieerd als het percentage mol NaOH vervangen door magnesium hydroxide onder de totale alkali dosering van 10%, en de vervanging door de volgende vergelijking kan worden berekend. Bovendien kunt Mg2 + voorkomen aantasting van de cellulose veroorzaakt door meer dan oxidatie19,20.
Hier, M2 (g) is het gewicht van Mg(OH)2M1 (g) is het gewicht van NaOH, 40 is het molecuulgewicht van NaOH, 58 is het molecuulgewicht van Mg(OH)2, 2 is het aantal OHs in Mg(OH)2en SR is de vervanging tarief.
De technologie van dit protocol kan worden uitgebreid tot het uitpakken bleken en wijzigen van plantaardig materiaal in een alkali waterstofperoxide systeem. Echter moet worden opgemerkt dat de selectie van de pH waarde en reactie temperatuur van de alkali waterstofperoxide systeem is de sleutel voor deze technologie21. De pH-waarde van de alkali waterstofperoxide systeem kan worden aangepast door het veranderen van de vervanging tarief17. De pH-waarde en dus oxidatie vermogen van het systeem van de waterstofperoxide alkali afnemen met de toenemende vervanging tarief. Wanneer de temperatuur van de reactie is ingesteld op 85 ° C, de reactie van de vrije radicalen de belangrijkste rol speelt in het systeem en de sterke oxidatie van het systeem is geschikt voor de ontbinding van de materialen; Wanneer de temperatuur van de reactie is ingesteld op 125 ° C, de reactie van de vrije radicalen wordt geremd en een grote hoeveelheid HOO bestaat in het systeem, waardoor het systeem geschikt voor het bleken van19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. oxidatie Degumming van ramee
-
Voorbereiding van de oxidatie degumming oplossing
- Los 2 g H2O2, 1 g alkali (een mengsel van Mg(OH)2 en NaOH), 0,4 g Na5P3O10, 0,1 g Anthrachinon en 0.2 g HEDP in 100 mL gedestilleerd water om de degumming oplossing te maken.
-
Oxidatie degumming van ramee
- 10 g rauwe Ramee in de degumming oplossing onderdompelen en schuren het tot 85 ° C gedurende 60 minuten.
- Verhogen van de temperatuur tot 125 ° C (met druk van 0.6 kg) en schuren voor een andere 60 min.
Opmerking: Zie de discussie voor uitleg op het verhogen van de temperatuur.
-
Vermindering van de vezel van ramee
- Los 0.4 g NaHSO3 in 100 mL gedestilleerd water te bereiden de reducerende oplossing. Vervolgens, behandelen de ontslijmde vezel in de reducerende oplossing bij 90 ° C gedurende 60 min.
Opmerking: De carboxylgroepen en aldehyde groepen in cellulose gegenereerd in de oxidatie reactie leiden tot de vermindering van waterstofbruggen en dus schade aan de eigendom van de vezel. Vermindering van de eigenschap van de vezel kan verbeteren door het omzetten van de carboxylgroepen en aldehyde-groepen terug naar hydroxylgroepen.
- Los 0.4 g NaHSO3 in 100 mL gedestilleerd water te bereiden de reducerende oplossing. Vervolgens, behandelen de ontslijmde vezel in de reducerende oplossing bij 90 ° C gedurende 60 min.
-
Vervolg behandeling
- Wassen van de vezel ontslijmde Ramee grondig met gedeïoniseerd water.
- Dompel de vezel in degumming olie bij 90 ° C gedurende 15 minuten en vervolgens droog de vezel in een oven (125 ° C) voor 4 uur.
2. testen van de Degumming Solution, eigenschap
-
Oplosbaarheid van Mg(OH)2
- Los 2 g Mg(OH)2 in 100 mL gedestilleerd water.
- Apart, los 2 g Mg(OH)2 in 100 mL oplossing met volledig oplosbaar degumming additieven, met inbegrip van 0,4 g Na5P3O10 en 0.2 g HEDP.
- Verhogen van de temperatuur van de oplossingen die zijn beschreven in de stappen 2.2.1 en 2.2.2 tot en met 85 ° C.
- Pak de onopgeloste Mg(OH)2 met gesinterd schijven.
- Bereken de oplosbaarheid van Mg(OH)2 door de volgende formule:
Nota: Hier m (g) is het gewicht van de onopgeloste Mg(OH)2.
-
Effect van het Mg(OH)2 vervanging tarief op de pH-waarde, waarde van ORP en H2O2 restgehalte aan de degumming oplossing
Opmerking: ORP12,19 is een belangrijk water chemie parameter en het een meetgereedschap voorziet in de capaciteit van het oxiderende of vermindering van het omringende water. Oplossingen met sterkere oxidatie-eigenschap hebben een hogere ORP-waarde. De Mg(OH)2 vervanging tarief verwijst naar het percentage mol NaOH vervangen door Mg(OH)2 onder de totale alkali dosering van 10% (op gewicht van weefsel).- De degumming oplossingen met Mg(OH)2 vervanging tarief van 0%, 20%, 40%, 60%, 80% en 100% volgens stap 1.1, respectievelijk voor te bereiden.
- Dompel de ruwe Ramee in de degumming oplossingen beschreven in stap 2.2.1.
- Start het degumming proces volgens stap 1.2.
- Was de gecombineerde elektrode ORP met gedestilleerd water en droog het in de lucht. Vervolgens onderdompelen de gecombineerde ORP elektrode meter in de degumming oplossingen voor luiden naar de waarde van ORP elke 10 min. Immerse de pH elektrode-meter in de degumming oplossingen om te lezen van de pH-waarde elke 10 min.
- Test de H2O2 inhoud van de degumming oplossingen om 10 min door de KMnO4 titratie methode volgens Chinese standaard GB 22216-20087.
3. het testen van de eigenschap Ramee Fiber
-
Opbrengst van de degumming
- Bereken het rendement van degumming met behulp van de volgende vergelijking:
Nota: Hier w (g) is droog gewicht van vezel na degumming; W (g) is het drooggewicht van ramee vóór degumming.
- Bereken het rendement van degumming met behulp van de volgende vergelijking:
-
Resterende tandvlees van de vezel
Opmerking: Resterende tandvlees vezels zijn getest volgens Chinees standaard 5889-86.- Meten van het droge gewicht van de vezel (ongeveer 5 g) in een weegflesje en dompel het in een maatkolf (met reflux condenserende buis) met 150 mL NaOH-oplossing (20 g/L).
- Verhogen van de temperatuur tot 100 ° C en houden bij deze temperatuur gedurende 1 uur.
- Het vernieuwen van de NaOH-oplossing.
- Verhogen van de temperatuur tot 100 ° C en gedurende 2 uur.
- De vezel in een monster zeef wassen.
- Meten van het droge gewicht van de vezel bij het afwegen van de fles.
- De resterende tandvlees van vezel met behulp van de volgende vergelijking berekenen:
Nota: Hier m (g) is het drooggewicht van vezels; (G) M is het drooggewicht van ramee na NaOH wassen.
-
PD-test
Opmerking: Test de PD-waarde van ramee vezel volgens Chinese standaard GB 5888-8615.- Ontvet de Ramee vezel door dompelen in 2:1 (v/v) benzeen en ethyl alcohol mengsel.
- Damp het oplosmiddel in lucht bij kamertemperatuur.
- De monsters in korte stukjes gesneden (1-2 mm, over ~ 20-23 mg voor elk monster) met behulp van schaar.
- Houd de monsters in de sfeer van een gecontroleerde-vochtigheid (20 ± 2 ° C, relatieve vochtigheid = 65 ± 2%) in een wegende container totdat het evenwicht vochtgehalte bereikt voordat u verwijdert van de materialen die nodig zijn voor testdoeleinden.
- Ga op een koperdraad (0.5 mm doorsnede) in geconcentreerd salpeterzuur, gevolgd door 98% watervrij ethyleendiamine. Vervolgens wassen de koperen submodule grondig met gedestilleerd water.
- Zet de vezel monster en koperen submodule in een plastic fles (met top).
- Voeg 10 mL gedestilleerd water en 10 mL 1 mol/L cupriethylenediamine-oplossing in de plastic fles, en roer met een magnetische roer bar te bereiden 0,2 g/100 mL (ongeveer) Ramee vezel cupriethylenediamine oplossing.
- Breng 6,5 mL Ramee vezel cupriethylenediamine oplossing over in een Ubbelohde viscosimeter te meten zijn intrinsieke viscositeit. Bereken de relatieve viscositeit door de volgende vergelijking:
Opmerking: Hier ηr is de relatieve viscositeit, t (s) is de gemiddelde tijd van de Ramee vezel cupriethylenediamine oplossing die door de Ubbelohde viscosimeter, en t0 stroomt (s) is de gemiddelde tijd van de 0,5 mol/L cupriethylenediamine oplossing die door stroomt de Ubbelohde viscosimeter. - Bereken de PD-waarde van de vezel Ramee door de volgende vergelijking:
Opmerking: Hier [η]' is de intrinsieke viscositeit, de [η] × C waarde kan worden opgehaald uit een tabel in het Chinees standaard GB 5888-86, en C' is de concentratie van ramee vezel cupriethylenediamine oplossing.
-
Lineaire dichtheid van de vezel
- Lineaire dichtheid van vezel met behulp van de volgende vergelijking berekenen:
Opmerking: Hier Lc is de lengte van de haren (40 mm), n is het aantal vezels en G (g) is het gewicht van de vezel. Lineaire dichtheid van de vezel verwijst naar het gewicht van een 1000 m lange vezel onder officiële herwinnen van ramee (12%).
- Lineaire dichtheid van vezel met behulp van de volgende vergelijking berekenen:
-
Mechanische eigenschappentest
- De monsters van de vezel in standaard atmosferische toestand equilibreer (T = 20 ± 2 ° C, RH = 65% ± 2%) gedurende 24 uur.
- Test de vasthoudendheid, breken rek en werk van breuk van de vezel met behulp van de vezel sterkte instrument onder de volgende instelling van 20 ° C, relatieve vochtigheid 65% en voorspanning van 0.3 cN/dtex. De klemmen afstand instellen op 20 mm en de afnemende snelheid van de klem van de bodem op 20 mm/min7,15.
-
Kabeljauw waarde van degumming afvalwater
- Test de Kabeljauw van degumming afvalwater volgens Chinese norm GB/T 15456-2008 'industriële koeling water-bepaling van de Kabeljauw-kalium permanganaat methode circulerende'7,15.
-
XRD test
- Verkrijgen kristalliniteit van de vezel met behulp van röntgendiffractie. Record XRD patronen 2θ = 5-60 ° met een diffractometer uitgerust met een grafiet monochromator en Cu Kα straling bij λ = 0.154 nm (40 kV, 200 mA).
-
FTIR analyse
- Het verkrijgen van de FTIR patroon van vezel met behulp van de spectrometer. Stelt u de tijden van de scan op 30, het bereik op 4.000-400 cm-1, en de resolutie op 8 cm-1. Het bepalen van de chemische functionele groepen behandelde vezel met behulp van FT-IR analyse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De oplosbaarheid van Mg(OH)2 in gedestilleerd water en degumming oplossing werd bestudeerd (Figuur 1). Het effect van Mg(OH)2 vervanging tarief op de waarde van de pH en ORP waarde (Figuur 2) van de degumming oplossing was getest. De degumming opbrengst en de resterende tandvlees van vezel ontslijmde onder verschillende Mg(OH)2 vervanging tarief werden berekend (Figuur 3). DP waarde, kristalliniteit, treksterkte eigenschappen van de vezel (Figuur 4) en Kabeljauw waarde van afvalwater (Figuur 5) werden gebruikt om te evalueren van het effect van Mg(OH)2 op degumming. Het patroon FTIR vezel werd verkregen (Figuur 6). De H2O2 restgehalte aan de degumming oplossing tijdens het uitpakken van de vezel was getest (Figuur 7) en het effect van de degumming temperatuur in de tweede fase wordt weergegeven in tabel 1. De vergelijking van de oxidatie degumming (met behulp van duurzame alkali bron en NaOH) en traditionele degumming is weergegeven in tabel 2.
Hoewel de oplosbaarheid van Mg(OH)2 in degumming oplossing hoger dan die in gedistilleerd water als gevolg van het effect van de slat van degumming assistenten was, het was nog steeds onvoldoende oplosbaar en dus een gecontroleerde-vrijgegeven eigenschap toegepaste (Figuur 1 ). Toen een gecontroleerde-vrijgegeven alkali-bron werd gebruikt, wordt de pH-waarde van de degumming oplossing was stabiel en verminderde met de stijgende vervanging tarief (figuur 2A). Het verlagen van de waarde van ORP was langzamer onder hoger vervanging tarief (figuur 2B). Resterende gom analyse kwam naar voren dat de opbrengst van de degumming en de resterende tandvlees van vezel verhoogd met de vervanging tarief; de vervanging tarief moet boven de 60% om te voorkomen dat de hechting van de vezel. (Figuur 3). De DP waarde kristalliniteit en treksterkte eigenschappen van de vezel verhoogd met de vervanging tarief van 0% tot 20%, maar daalde op het verder stijgen van de vervanging tarief (Figuur 4): dit is te verklaren door de buitensporige hoeveelheid tandvlees dat werden bewaard in de vezel toen de vervanging tarief meer dan 20 was %. Toen de vervanging tarief werd vastgesteld op 20%, was de pH-waarde van de degumming oplossing 11,8; en de vasthoudendheid, rek, breuk, DP-waarde en de inhoud opbrengst hemicellulose van vezel steeg met 39.82%, 12.13% 46.15%, 14,89% en 5%, respectievelijk (Figuur 2 Figuur 3, Figuur 4). Bovendien daalde de waarde van de Kabeljauw van de degumming afvalwater met 20% (Figuur 5). De signalen in de regio van 3400-2.800 cm-1 en de piek op 2900 cm-1 waren te wijten aan de uitrekkende trilling van -CH en -OH in cellulose in FTIR patronen van de vezel, en deze signalen in alle monsters bestonden. De carbonyl piek op 1,730-1.750 cm-1 werd toegeschreven aan de C = O oprekken van C-OH buigen in hemicellulose, en dit signaal was sterker wanneer de substitutie-tarief lager was, de die aangegeven dat hemicellulose effectiever kan worden verwijderd onder een vervanging lager (Figuur 6). Residuele H2O2 inhoud stegen met 3 g/L, bij het gebruik van de bron gecontroleerd-vrijgegeven alkali; de vervanging tarief heeft echter geen invloed op de H2O2 restgehalte (Figuur 7). Wanneer de bron gecontroleerd-release alkali werd gebruikt voor de degumming, de snelheid van de ontleding van H2O werd2 gecontroleerd door de degumming temperatuur. In de beginperiode van de degumming (0 tot en met 60 min), zelden de afbraak van cellulose is opgetreden, want het was bedekt met tandvlees. Daarom een grote hoeveelheid vrije radicalen nodig was en de temperatuur moet worden vastgesteld op 85 ° C. Na 60 min, de meeste van het tandvlees werden verwijderd en de cellulose werd blootgesteld aan de degumming oplossing: de temperatuur moet worden verhoogd tot 125 ° C te vertragen de reactiesnelheid van vrije radicalen en daarom voorkomen dat de afbraak van cellulose (tabel 1). De vergelijking van de oxidatie degumming (met behulp van een duurzame alkali bron en NaOH) en traditionele degumming onthuld dat fiber ontslijmde in alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door gecontroleerd-release alkali bron de beste eigenschappen ( bereikt Tabel 2).
Figuur 1. De oplosbaarheid van Mg(OH)2 in gedestilleerd water en degumming oplossing19. Mg(OH)2 bleek hoger oplosbaarheid in degumming oplossing in vergelijking met dat in gedistilleerd water, vanwege het zout effect van degumming assistenten. Mg(Oh)2 oplost in de degumming oplossing langzaam volgens de chemische vergelijkingen van inzet. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. Het effect van Mg(OH)2 vervanging tarief op de eigenschappen van de oplossing degumming. (A) de pH-waarde van degumming oplossing. Toen Mg(OH)2 werd gebruikt, wordt de pH-waarde van de degumming oplossing was stabiel en verminderde met de stijgende vervanging tarief. (B) de ORP-waarde van de degumming oplossing19. De afnemende snelheid van ORP waarde was langzamer onder hogere SR waarde. SR = vervanging tarief. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3. Het effect van Mg(OH)2 vervanging tarief op opbrengst en de resterende tandvlees van vezel degumming. De inzet-afbeelding toont de topografieën van ramee vezel ontslijmde onder Mg(OH)2 vervanging tarieven: (een) 0%, (b) 20%, 40% van de (c), (d) 60%, 80% (e), (f) 100%19. De opbrengst van de degumming en de resterende tandvlees van vezel verhoogd met vervanging tarief en vervanging tarief moet boven de 60% om te voorkomen dat de hechting van de vezel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4. Het effect van Mg(OH)2 vervanging tarief op: (A) de DP waarde en kristalliniteit vezels; en (B) de treksterkte eigenschappen van de vezel19. DP waarde, kristalliniteit en treksterkte eigenschappen van de vezel steeg met SR van 0% tot 20%, maar daalde met het verder stijgen van vervanging tarief. Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van gegevens uit 30 dubbele tests. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5. Het effect van Mg(OH)2 vervanging tarief op Kabeljauw waarde van degumming afvalwater19. De waarde van de Kabeljauw van degumming afvalwater daalde met de stijgende vervanging tarief. Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van gegevens uit 30 dubbele tests. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6. Ontslijmde FTIR vezels met verschillende tarieven van de vervanging van Mg(OH)219. De signalen in de regio van 3400-2.800 cm-1 en de piek op 2900 cm-1 waren te wijten aan de uitrekkende trilling van -CH en -OH in cellulose; deze signalen waren aanwezig in alle monsters. De carbonyl piek op 1,730-1.750 cm-1 werd toegeschreven aan de C = O oprekken van C-OH buigen in hemicellulose; deze signalen waren sterker wanneer SR lager was, de die aangegeven dat hemicellulose effectiever kan worden verwijderd onder lager tarief van de vervanging. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7. Residuele H2O2 inhoud in degumming oplossing met verschillende vervanging tarief van Mg(OH)219. Residuele H2O2 inhoud steeg toen de bron gecontroleerd-vrijgegeven alkali werd gebruikt; de vervanging tarief hadden echter geen invloed op de H2O2 restgehalte. SR = vervanging tarief. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Temperatuur | Lineaire dichtheid (dtex) | Vasthoudendheid (cN/dtex) | Rek (%) | Breuk (cN/dtex) |
| 100 ° C | 6.1 | 6.69 | 2,33 | 0.08 |
| 125 ° C | 5.6 | 8.3 | 2,75 | 0.14 |
Tabel 1. Treksterkte eigenschappen van de vezel wassen onder verschillende temperatuur in de tweede fase19. De vezel tentoongesteld beter treksterkte eigenschappen onder hogere schurende temperatuur.
| Oxidatie degumming | Traditionele degumming | ||
| SR 20% | SR 0% | ||
| Rendement (%) | 74,2 | 72.34 | 65 |
| Vasthoudendheid (cN/dtex) | 10.12 | 6.09 | 7,8 |
| Rek (%) | 2.72 | 2.39 | 2.43 |
| Breuk (cN/dtex) | 0.13 | 0,07 | 0.1 |
| PD-waarde | 1980 | 1685 | 1732 |
| Kabeljauw-waarde (mg/L) | 23000 | 29000 | 29800 |
Tabel 2. Vergelijking van de oxidatie degumming. Vergelijking van de oxidatie degumming (met behulp van duurzame alkali bron en NaOH) en traditionele degumming19 Ramee vezels. Fiber ontslijmde in een alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door een gecontroleerde-release alkali-bron bereikt de beste eigenschappen. SR = vervanging tarief.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De instelling van Mg(OH)2 vervanging tarief en reactie temperatuur was het belangrijkste punt van dit protocol. Mg(Oh)2 vervanging tarief kan beïnvloeden de pH-waarde en dus oxidatie vermogen van degumming oplossing. De beste Mg(OH)2 vervanging tarief voor Ramee degumming was 20%, omdat cellulose geen genoeg bescherming uit hoofde van een vervanging tarief onder de 20%, en een overmatige hoeveelheid resterende tandvlees (lage waarde van de DP en kristalliniteit) zou worden bewaard in vezel onder een vervanging hoger is dan 20% (figuur 4A).
De temperatuur van de reactie kan beïnvloeden het traject van de reactie van waterstofperoxide. Er waren twee parallelle reacties in de degumming van de oxidatie van ramee: de eerste was de reactie tussen de H2O2 en tandvlees; de tweede was de reactie van H2O2 en cellulose, die kan leiden tot schade aan cellulose en dus het verlagen van de treksterkte eigenschappen van ontslijmde vezels. De stijging van de temperatuur kan leiden tot de versnelling van de twee reacties (de reactiesnelheid verhoogd van 2 of 4 keer, met de stijging van de temperatuur per 10 ° C). De groei van de reactiesnelheid voor H2O2 en tandvlees veel hoger was dan H2O2 en cellulose, omdat de activeringsenergie hoger is, waardoor het gevoeliger voor temperatuurverandering. In de beginperiode van de degumming (0 tot en met 60 min), zelden de afbraak van cellulose is opgetreden, omdat het was bedekt met tandvlees. Daarom een grote hoeveelheid vrije radicalen nodig was en de temperatuur moet worden vastgesteld op 85 ° C. Na 60 min, waren de meeste tandvlees verwijderd en de cellulose werd blootgesteld aan de degumming oplossing; de temperatuur moet worden verhoogd tot 125 ° C te vertragen de reactiesnelheid van vrije radicalen en daarom voorkomen dat de afbraak van cellulose (tabel 1).
De technologie van dit protocol kan worden uitgebreid tot andere gebieden, zoals het uitpakken bleken en wijzigen van plantmateriaal in alkali waterstofperoxide systeem. De Mg(OH)2 vervanging tarief en reactie temperatuur moet worden vastgesteld volgens de specifieke voorwaarden. Normaal gesproken, de pH-waarde en dus oxidatie vermogen van alkali waterstof peroxide systeem daalt met de toenemende vervanging tarief. Wanneer de temperatuur van de reactie is ingesteld op 85° C, de reactie van de vrije radicalen de belangrijkste rol speelt in het systeem en de sterke oxidatie capaciteit maakt het systeem geschikt voor ontbinding van de materialen; Wanneer de temperatuur van de reactie op 125 ° C was ingesteld, was de reactie van de vrije radicalen geremd en een grote hoeveelheid HOO bestond in het systeem, waardoor het systeem geschikt voor het bleken van19. De beperking van deze technologie is dat de pH-waarde van waterstofperoxide systeem kan alleen worden ingesteld op waarden tussen 10.0 naar 12.0 wanneer de bron gecontroleerd-vrijgegeven alkali wordt gebruikt.
We hebben aangetoond dat een methode voor het verbeteren van de eigenschap van oxidatie ontslijmde Ramee vezel met behulp van Mg(OH)2 als de duurzame alkali resource (tabel 2). Deze technologie wordt nu toegepast in de pilot-fase, en we verwachten dat deze technologie zal blijven ontwikkelen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd gesteund door de geoormerkte Fonds voor China landbouw onderzoekssysteem voor Bast en blad Fiber gewassen (subsidie aantal auto's-19), de China Academy of Agricultural Science en technologie innovatieproject (subsidie nummer ASTIP-IBFC07), het innovatiefonds voor afgestudeerde studenten in Donghua Universiteit (verlenen nummer 16D 310107), de 'Xiaoping wetenschap en technologie innovatie team' (industrialisatie geïntegreerd o & o groep bast fiber biologische degumming), China Scholarship Raad.
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).
