Summary
이 연구는 특수 장비가 필요하지 않은 화학 적 기술에 의해 발포로 치틴을 확장하는 방법을 설명합니다.
Abstract
치틴은 저익, 자연적으로 풍부하고 기계적으로 견고하며 화학적으로 저항하는 바이오 폴리머입니다. 이러한 특성은 흡착물에서 바람직하지만 치틴은 필요한 특정 표면적이 부족하며 수정에는 특수 기술과 장비가 포함됩니다. 본명에서 새우 껍질 폐기물에서 파생된 치틴 플레이크를 표면적이 높은 폼으로 확장하는 새로운 화학 적 절차가 설명되어 있다. 이 과정은 키틴 젤에 갇힌 NaH와 물의 반응에서 H2 가스의 진화에 의존한다. 준비 방법은 특수 장비가 필요하지 않습니다. 분말 X선 회절 및N-2-물리흡수는결정성 크기가 6.6nm에서 4.4nm로 감소하고 특정 표면적이 12.6 ± 2.1 m2/g에서73.9 ± 0.2 m2/g로증가함을 나타낸다. 그러나, 적외선 분광법 및 열역학 분석은 공정이 치틴의 화학적 정체성을 바꾸지 않는다는 것을 나타낸다. 확장된 치틴의 특정 Cu 흡착 용량은 특정 표면적에 비례하여 증가하여 13.8 ± 2.9 mg/g에서 73.1 ± 2.0 mg/g로 증가한다. 그러나, 표면 밀도로서의 Cu 흡착 용량은 평균 10.1± 0.8 원자/nm2로상대적으로 일정하게 유지되며, 이는 다시 치틴의 화학적 정체성에 변화가 없음을 시사한다. 이 방법은 바람직한 특성을 희생하지 않고 치틴을 더 높은 표면적 재료로 변환하는 수단을 제공합니다. 치틴 폼은 여기에 흡착제로 설명되지만 촉매 지지대, 열 절연체 및 구조 재료로 구상될 수 있다.
Introduction
치틴은 기계적으로 견고하고 화학적으로 불활성 바이오 폴리머로, 천연 풍부1에서셀룰로오스에 이어 두 번째이다. 그것은 절지동물의 외골격과 곰팡이 및 효모2의세포벽의 주요 구성 요소입니다. 치틴은 셀룰로오스와 유사하지만, 각각의 단조의 하나의 하이드록실 그룹과 아세틸 아민군(도 1A,B)으로대체된다. 이러한 차이는 인접한 폴리머 체인 간의 수소 결합 강도를 증가시키고 키틴의 특징적인 구조적 탄력성과 화학적 불활성2,3을제공한다. 그 속성과 풍요로움으로 인해, 치틴은 상당한 산업 및 학문적 관심을 끌고있다. 조직 성장을 위한 비계로 연구되고 있다4,5,6,복합재료7,8,9,10,11,흡착제 및 촉매에 대한지원으로서(11,12,13,14)에대한 성분으로서. 특히 화학적 안정성은 일반적인흡착제(14)에열악한 조건을 포함하는 흡착 응용 분야에 대해 치틴을 매력적으로 만듭니다. 또한, 아민 군의 풍부는 치틴을 금속이온(15)에대한 효과적인 흡착제로 만든다. 그러나, 산성 조건 하에서 아민 군의 프로토네이션은 치틴16의금속 흡착 용량을 감소시킨다. 성공적인 전략은 프로토네이션17,18에더 강한 흡착 사이트를 소개하는 것입니다. 대신, 본명에서 특정 표면적을 증가시키는 간단한 방법을 설명하고, 따라서, 치틴내흡착 부위의 개수가 있다.
그림 1. 화학 적 구조. (A) 셀룰로오스, (B) 치틴, (C) 키토산.
많은 잠재적 인 사용에도 불구하고, 치틴은 활용도가 낮습니다. 치틴 처리는 대부분의 용매에서 낮은 용해도로 인해 도전적입니다. 촉매 및 흡착에 그것의 사용에 대 한 주요 제한은 그것의 낮은 특정 표면적. 일반적인 탄소 및 금속 산화물 지지대는 순서 102-103 m2/g의 특정 표면영역을 가지고 있지만, 상업용 치틴 플레이크는 10m2/g19,20,21의순서로 표면영역을 갖는다. 발포로 치틴을 확장하는 방법은 존재하지만, 그들은 변함없이 높은 온도와 압력, 강한 산 및 기지, 또는 상당한 진입 장벽을 나타내는 특수장비에의존5,21,22,23,24,25. 또한, 이러한 방법은 키토산(도1C)-보다용해성 및 반응성 생리중합체5,25,26을형성하기 위해치틴을비하하는 경향이 있다.
본명, 치틴을 고체 폼으로 확장하고, 특정 표면적 및 흡착 능력을 증가시키고, 화학적 무결성을 유지하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 키틴 젤 내에서 가스의 급속한 진화에 의존하고 특수 장비가 필요하지 않습니다. 확장된 키틴의 흡착 용량증가는 수성 Cu 2+ -지역지하수(26)의일반적인 오염물질로 입증된다.
| 단위 | 깔끔한 플레이크 | 구운 거품 | Lyophilised 거품 | |
| 결정성 | % | 88 | 74 | 58 |
| 크리스탈 크기 | nm | 6.5 | 4.4 | 4.4 |
| 표면적 | m2/g | 12.6 ± 2.1 | 43.1 ± 0.2 | 73.9 ± 0.2 |
| Cu Uptake | mg/g | 13.8 ± 2.9 | 48.6 ± 1.9 | 73.1 ± 2.0 |
| Cu Uptake | 원자/nm2 | 10.5 ± 2.8 | 10.7 ± 0.4 | 9.4 ± 0.3 |
표 1. 재료 속성의 요약입니다. 치틴 폼은 깔끔한 치틴 플레이크에 비해 결정성과 결정 크기가 낮습니다. 그러나, 치틴 폼의 특정 표면적 및 Cu 섭취량은 깔끔한 치틴 플레이크보다 비례적으로 높다.
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Protocol
1. 확장 된 치틴준비
- 디메틸라세미드(DMAc)에서 5w% LiCl의 250mL 솔루션 준비
주의: 용매 DMAc는 다산을 손상시키고 선천적 결함을 일으킬 수 있는 가연성 자극제입니다. 피부와 눈과의 접촉을 피하기 위해 내화학 성 장갑과 고글을 사용하여 연기 후드에서 DMAc를 처리하십시오.- LiCl 15g과 285g(268mL)의 DMAc를 500mL 에렌마이어 플라스크에 넣고 50mm 폴리테트라플루오로로틸렌(PTFE) 라이닝 마그네틱 스터드 바를 놓습니다.
- 플라스크를 고무 중격으로 캡을 넣고 가열 교반 접시에 놓습니다. 중격을 통해 온도 프로브를 혼합물에 넣습니다. 모든 LiCl이 용해 될 때까지 400 rpm 및 80 °C에서 혼합물을 저어줍니다 (~ 4 h)
- LiCl/DMAc 용액에 오븐에 말린 키틴 플레이크 1.0g을 녹여 솔 젤을 형성합니다.
- 24시간 동안 80°C에서 오븐에서 키틴 플레이크 1.2g 이상 건조하십시오.
- 오븐에서 말린 치틴 플레이크 1.0g과 5wt% LiCl/DMAc 용액 250mL를 500mL 라운드 하단 플라스크에 넣습니다. 50mm PTFE 라이닝 마그네틱 스터드 바를 놓습니다.
- 플라스크를 고무 중격으로 캡을 넣고 교반 열 블록에 놓습니다. 바늘로 중격을 관통하고 플라스크가 배출 될 수 있도록 둡니다. 블록을 80°C로 가열하고 모든 치틴이 용해될 때까지 400 rpm에서 혼합물을 저어줍니다(24-48h).
- 그 결과 치틴 솔 젤이 계속 저어주면서 천천히 실온까지 식히도록 합니다(~ 1h).
- 실온에서 한 번, 얼음 목욕에 치틴 솔 젤을 포함하는 플라스크를 놓고 온도가 안정 될 때까지 계속 저어 (~ 20 분).
- DMAc에서 NaH의 100mL 슬러리를 준비하십시오.
주의: 물과 접촉한 NaH는 자발적으로 점화할 수 있는 인화성 가스를 방출합니다. 습한 공기와의 접촉을 제한하기 위해 NaH는 사용하기 전에 씻어야 하는 미네랄 오일에 보관됩니다. 내화학성 장갑과 고글을 사용하여 연기 후드에 주의하십시오.- 미네랄 오일 저장에서 약 1 g의 NaH를 제거하고 헥산 10mL로 세 번 씻으시면 됩니다.
- DMAC 100mL을 250mL 에렌마이어 플라스크에 넣고 0.82g의 세척된 NaH를 추가하고 PTFE 라이닝 마그네틱 교반 바를 배치합니다.
- 혼합물을 소용돌이치면 NaH/DMAc 슬러리를 생성합니다.
참고 : NaH가 완전히 용해되지 않습니다.
- 치틴 솔 젤에 모든 NaH/DMAc 슬러리를 추가하여 치틴 젤을 형성합니다.
- 냉각된 솔 젤을 풀고 모든 NaH 슬러리를 넣고 힘차게 저어줍니다. 캡을 교체하고 72시간 동안 또는 플라스크에서 젤이 형성될 때까지 400rpm에서 혼합물을 계속 저어줍니다.
- 치틴 젤에 물을 추가하여 치틴 폼을 형성한다.
- 젤의 형성 후 플라스크를 풀고 100mL의 디온화(DI) 물을 추가합니다.
참고: 프로세스가 H2 가스를 진화하기 때문에 연기 후드에서이 단계를 수행하는 것이 중요합니다.
- 젤의 형성 후 플라스크를 풀고 100mL의 디온화(DI) 물을 추가합니다.
- DMAc 및 염을 제거하기 위해 물과 메탄올에 치틴 폼을 분리하고 세척합니다.
- 플라스크에서 팽창된 키틴 폼을 제거하고 결정화 접시또는 비커를 충분히 크게 배치하여 담기 와 1000mL의 DI 물을 보유한다.
참고 : 치틴 폼은 한 조각으로 나오지 않으며 분해해야 할 수도 있습니다. - 디워터 500mL로 고립된 젤을 3회 헹구는 다. 24시간 동안 1000mL의 DI 워터에 젤을 담그고, 500mL의 메탄올에 24시간 동안, 마지막으로 24시간 동안 1000mL의 DI 워터로 담급니다.
- 수제에서 확장 된 치틴 폼을 제거하고 24-48 시간 동안 공기 건조를 허용합니다.
- 플라스크에서 팽창된 키틴 폼을 제거하고 결정화 접시또는 비커를 충분히 크게 배치하여 담기 와 1000mL의 DI 물을 보유한다.
- 세척된 치틴 젤을 건조하여 고체 폼을 형성한 다음 분말로 갈아냅니다.
- 주변 공기 하에서 48h, 또는 -43°C및 0.024 mbar에서 48h에 대해 오븐에서 젤을 건조시.
- 박격포와 유봉을 사용하여 마른 치틴 폼을 미세 한 분말로 갈아 냅니다.
그림 2. 확장 된 치틴 폼의 준비. (A)LiCl/DMAc 솔루션의 초기 치틴. (B)NaH/DMAc 슬러리의 추가. (C)물을 첨가한 후 치틴 폼. (D)반응 플라스크에서 추출된 치틴 폼. (E)물로 세척하는 동안 치틴 폼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 흡착 의 개발 은 더소하다
- aq의 500mL 스톡 솔루션을 준비하십시오. Cu2+ (MW 63.5 g/mol) 농도에서 50 mg/L, 100 mg/L, 200 mg/L, 300 mg/L, 400 mg/L, 450 mg/L, 그리고 450 mg/L. 이렇게하려면 90 mg, 180 mg, 360 mg, 540 mg, 720 mg 및 810 mg의 Cu (NO3)2· 각각 2.5 H 2O(MW 232.6 g/mol)에서 6개의 용기. 18MΩ 물 500mL를 추가하고 용기를 캡하고 흔들어 고체를 녹입니다.
- 각 스톡 솔루션의 100mL에 50 mg의 치틴을 추가하고 pH를 7으로 조정하고 48h에 대해 평형화할 수 있습니다.
- 각 스톡 솔루션의 100mL를 100mL 용기에 전달하여 헤드스페이스가 최소화됩니다. 각 용기에 50 mg의 접지 치틴을 넣고 캡을 씌움을 합니다.
- 컨테이너를 궤도 셰이커에 놓고 60 rpm에서 30 분 동안 흔들어 줍니다. 그런 다음 공궤도 셰이커에서 컨테이너를 꺼내 NH4HCO 3 또는 HNO3을 사용하여 pH를 7로 조정한다.
- 궤도 셰이커에 다시 컨테이너를 교체하고 60 rpm에서 48 시간 동안 일정한 온도에서 흔들어. 실험실을 18± 2°C로 유지하십시오.
- 초기 재고 솔루션의 Cu 농도와 치틴이 추가된 솔루션의 농도를 측정합니다. 착색성 이두부니에이트 방법, 착색계 및 미리 측정된 시약패킷(27)을사용한다.
- 궤도 셰이커에서 용기를 제거하고 혼합물이 최소 30분 동안 정착한 다음 0.3 μm 유리 마이크로화로 필터가 장착된 주사기로 1mL 알리쿼트를 복용합니다.
- 알리쿼트를 250mL 용기로 옮기고 18MΩ 물로 100mL로 희석한다.
참고: 이 단계는 착색계를 사용하여 두근부비네이트 방법에 의한 Cu(5 mg/L)의 검출 천장이 낮기 때문에 필요하다. - 희석된 시료의 10mL를 큐벳으로 옮기다. 큐벳을 컬러미터에 놓고 계측기를 0으로 설정합니다.
- 미리 측정된 Cu 시약(bicinchoninate 방법)의 패킷 1패킷을 큐벳의 희석된 샘플에 넣고 45초의 킬레이션 반응을 완료할 때까지 기다립니다. 용액이 보라색이 되도록 합니다. 형성된 색의 강도는 Cu 농도에 비례합니다.
- 큐벳을 컬러미터에 다시 배치하고 희석된 시료의 Cu 농도를 측정합니다. 희석된 시료의 농도를 100으로 곱하여 원래 시료의 농도를 얻을 수 있다.
- 흡착 등 데이터에서 최대 Cu 흡수를 추출합니다.
- 방정식(28)을사용하여 각 평형 Cu 농도에 대한 각 샘플의 섭취량을 계산합니다.
- 흡착 흡수를 시료의 평형 농도 대 플롯하여 표준 Cu 흡착 을 생성합니다.
- 평형 농도 대 흡수에 대한 평형 농도의 비율을 플롯하여 선형화된 Cu 흡착 을 생성한다.
참고: 플롯은 선형이어야 하며 경사의 역은 최대 Cu 섭취량을 나타냅니다.
- 방정식(28)을사용하여 각 평형 Cu 농도에 대한 각 샘플의 섭취량을 계산합니다.
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Representative Results
팽창된 치틴은 건조 방법에 관계없이 동일한 형태를 나타낸다. 도 3은 깔끔한 키틴플레이크(도 3A1),오븐 건조 팽창 치틴(도3B1)및 리오필화 확장 치틴(도 3C3)의이미지를 나타낸다. 깔끔한 플레이크는 거친 모래의 모양을 가지고 있지만, 확장 된 치틴 폼은 튀어 나온 옥수수의 커널의 모양을 가지고있다. 전자 현미경 검사는 작은 비늘에서 유사한 변화를 보여줍니다. 깔끔한 키틴 플레이크(도3A2,3A3)는컴팩트하고 조밀한 구조를 가지지만 오븐건조(도3B2,3B3)및 리오필화(도3C2,3C3)가팽창된 키틴은 주름진 종이 나 주름시트와 유사하다. 샘플은 15kV 가속 전압, 29-31mm의 범위에서 작업 거리에서 이차 전자 검출기로 이미징하기 전에 금으로 코팅된 스퍼터였습니다.
그림 3. 깔끔한 플레이크와 확장 된 치틴의 사진과 현미경 사진. 사진은치틴(A1)의깔끔한 플레이크 형태와 80°C에서 굽기(B1) 베이킹에 의해 건조된 확장된 폼 형태로(C1)리오필화에 해당한다. 상기 스캐닝 전자 현미경은 깔끔한 플레이크 형태로치틴(A2, A3)의2배율에 해당하며, 80°C에서베이킹(B2, B3)베이킹으로 건조된 확장된 발포 형태로 80°C및(C2,C3) 리포메이징에 대응한다. 확장된 폼에 비해 깔끔한 플레이크의 더 컴팩트한 형태에 유의하십시오. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이러한 시각 및 현미경 관측은 샘플의 분말 X선 회절(XRD) 및 N2-물리분석과 일치합니다. Diffractograms는 깔끔한 플레이크에 비해 확장 된 거품에서 결정 반사의 확대 및 비정질 피크의 강도의 증가를 나타낸다(도 4). 이러한 관찰은 단정하고 확장된 치틴의 반정결정지수 및 결정성 크기 추정치를 비교하여 설명될 수 있다. 결정지수는 결정적 의 정규화된 차이인 비정질 회절강도(29)이다. 방정식에 의해 제공됩니다.
치틴의 경우, 일반적으로 사용되는 결정성 회절 강도는 19.3°에서 결정 평면(110)의 강도이며 비정질 회절 강도는 16.0°29이다. 결정성 지수는 깔끔한 플레이크의 88%에서 오븐 건조 팽창 폼의 74%로, lyophilized 확장폼(표1)에서58%로 떨어집니다. 결정화 크기는 Scherrer 방정식(30)에의해 추정 될 수있다 :
우리는 1의 형상 계수를 가정하고 계측기는 Cu Kα 방사선 (파장 = 15.4 nm)을 사용했습니다. 19.3°에서 (110) 평면의 회절을 이용하여, 결정화 크기는 확장된 치틴(표1)에서깔끔한 치틴에서 6.6nm에서 4.4nm로 떨어집니다.
그림 4. 깔끔하고 확장 된 치틴의 X 선 diffractograms. 그림은 깔끔한 플레이크 형태로 치틴의 diffractograms를 보여주고 800 °C에서 두 개의 다른 방법 베이킹에 의해 건조 확장 된 거품 형태로 800 °C및 lyophilizing. 세 가지 diffractograms 모두 평면 (110)에 해당하는 19.3 °에서 반사의 최대 강도로 정규화됩니다. 깔끔한 플레이크에 비해 확장 된 거품에서 피크의 일반적인 확대를 유의하십시오. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
브루나우어-에멧텔러(BET)방정식(31)을이용하여 77K에서 N2-물리흡수등으로부터 얻은 특정 표면적의 측정은 유사한 관측으로 이어진다. 모든 재료에 대해,N2 흡착 등은 N2 다층 응축32의예상대로 범위 p/po = 0.05-0.25(도 5A)의부분 압력으로 선형적으로 증가하는 흡수 량을 보여준다. 그러나, 섭취량 볼륨은 확장 된 거품에 대 한 가장 큰. BET플롯(도 5B,5C)은부분 압력 및 양수 절격과 양선형 상관관계를 나타내며, 이는 데이터가 BET방정식(33)의유효한 범위 내에 있음을 나타낸다. 따라서, 재료의 특정 표면적은 그선(31)의경사및 요격의 합의 역에 비례한다. 깔끔한 플레이크의 특정 표면적은 12.6 ± 2.1 m 2/g이고, 오븐 건조 폼의 것은 43.1 ± 0.2 m2/g이고,lyophilized 폼의 그 73.9 ± 0.2 m2/g이다. 결정지수, 결정화 크기 및 특정 표면적의 변화는 재료(1)가 보다 개방적이고 다공성 구조를 형성하거나(2) 더 작은 입자로 분해되었음을 나타낸다. 그림 3의 현미경 사진은 전자를 제안하지만 후자는 철저한 기공 크기의 분포 분석없이 배제 할 수 없습니다.
그림 5. N2 흡착은 더소폰 및 BET 플롯입니다. (A)N2 흡착은 깔끔한 플레이크 형태로 치틴의 더넥솜을 형성하고 BET 범위내의 부분 압력에 대한 2개의 다른 방법-베이킹에 의해 건조된 확장된 폼 형태로. (B, C) 동일한 재료및 부분 압력 범위에 대한 BET 플롯입니다. 특정 표면 영역은 BET 플롯의 선의 가로채기 및 경사 합계의 반대에 비례합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
위에서 설명한 형태학적 변화에도 불구하고, 팽창 공정은 치틴의 화학적 구조에 영향을 미치지 않는 것으로 보인다. 모든 치틴 샘플의 감쇠된 총 반사율(ATR)으로 얻은 IR 스펙트럼은처리(그림 6)에관계없이 거의 변하지 않은 상태로 유지됩니다. 아미드기능군(23)에해당하는 1650cm-1 및 1550cm-1의 봉우리 유사성을 유의한다.
그림 6. 깔끔하고 확장 된 치틴의 ATR IR 분광. 그림은 깔끔한 플레이크 형태로 치틴의 IR 스펙트럼을 보여주고 80 °C에서 두 가지 방법 베이킹및 lyophilizing에 의해 건조 확장 된 폼 형태로. 스펙트럼의 차이는 최소한의 및 깔끔한 플레이크와 확장 된 폼 치틴 사이의 중요한 화학 적 변화를 제안하지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
열 분해 거동은 또한 3개의샘플(도 7)들사이의 최소한의 화학적 변화를 나타낸다. 열역학 프로파일의 형상은 건조 방법에 관계없이 확장된 치틴에 대해 동일하지만, 둘 다 깔끔한플레이크(도 7A)와다릅니다. 이것은 더 컴팩트한 플레이크와 관련된 질량 및 열 확산 제한에 기인합니다. 세 가지 시료의 열 분해개시는 260°C(도7B)에서발생하지만, 치틴 플레이크의 최대 분해율은 더 컴팩트한 형태로 인해 더 높은 온도에서 발생합니다.
그림 7. 깔끔하고 확장 된 치틴의 열역학 프로파일. 그림은 깔끔한 플레이크 형태로 치틴의 일체(위) 및 차동(아래) 열역학 프로파일을 보여주고 80°C에서 두 가지 방법으로 굽기하여 건조된 확장된 폼 형태로 리오필라이징을 나타낸다. 세 재료의 열 분해의 개시는 260 °C에 있지만, 발포에 비해 더 긴 온도 범위에서 분해. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
특정 표면적의 증가는 치틴에 의한 최대 섭취량 Cu의 예상 증가를 수반한다. 깔끔한 플레이크는 13.8 ± 2.9 mg/g를 섭취하는 반면, 오븐건조 폼은 43.1 ± 1.9 mg/g를 섭취하고 lyophilized 폼은 73.1 ± 2.0 mg/g(표 1)를섭취합니다. Cu 흡수의 증가는표준(도 8A)과선형화(도8B)랭뮤어 흡착 등을 비교하여 보다 명확하게 설명된다. 최대 섭취량은 선형화된 이더름의 표준 이더름및 경사의 역에 있는 대면 한계로 표시됩니다. 그러나, 이러한 섭취량의 차이는 표면적(표1)에의해 쿠 섭취량이 정상화되면 사라집니다. 깔끔한 플레이크는 10.5 ± 2.8 원자/nm2,오븐 건조 폼 uptake 10.7 ± 0.4 원자/nm2,그리고 lyophilized 폼 uptake 9.4 ± 0.3 원자/nm2 (표 1). 이것은 확장된 치틴의 표면이 분광법 및 열역학 관측에 동의하는 초기 치틴 플레이크의 표면과 화학적으로 유사하다는 것을 건의합니다.
그림 8. (A) 표준 및 선형화(B, C) Cu 흡착 이더름. 그림은 80 °C에서 베이킹및 lyophilizing에 의해 건조 확장 된 거품 형태로, 그것의 깔끔한 플레이크 형태로 치틴의 Cu 흡착 이다 더템을 보여줍니다. 각 데이터 포인트는 세 측정의 평균이며 오류 막대는 두 가지 표준 편차를 나타냅니다. 선형화된 이더름에서 확장된 폼에 대한 오차 바는 작으며(C)에서만 볼 수 있다. 단선은 가장 잘 맞는 랭뮤어 흡착 이더렘을 보여줍니다. 최대 섭취량은 표준 흡착 의 경사와 선형화된 경사의 선량값입니다. 확장된 치틴은 치틴 플레이크보다 더 높은 Cu 섭취량을 적어도 4배씩 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
치틴 폼 제조에 대한 제안 된 방법은 특수 장비 또는 기술에 대한 필요없이 이러한 거품의 생산을 할 수 있습니다. 치틴 폼의 생산은 치틴 솔 젤 내의 나트륨 수화물의 현탁액에 의존한다. 대기로부터의 물과접촉하여 치틴 매트릭스의 겔화와 수소가스의 분해에 의한 수소가스의 진화를 유도한다. 따라서, 준비의 중요한 단계는 (1) 솔겔의 형성, (2) 무수 조건에서 나트륨 수화물의 도입, (3) 치틴 솔 겔 및 나트륨 수화물 현탁액을 가진 대기물의 반응이다.
세 번째 단계에서 두 가지 중요한 제한이 발생합니다. 첫째, 프로세스가 제대로 확장되지 않습니다. 치틴 솔젤은 매우 습진하고 수분을 쉽게 흡수하지만 반응 량이 증가함에 따라 수분 확산 제한이 겔화를 방지할 수 있습니다. 사실, 우리는 반응 볼륨을 두 배로 하면 젤링 시간이 며칠에서 몇 주로 증가한다는 것을 관찰했습니다. 둘째, 이 과정은 대기 수분에 의존합니다. 현지 기후와 계절의 날씨는 겔화 시간에 변화를 일으킬 것입니다. 이 절차에 대한 수정은 Schlenk 기술을 사용하여 반응 대기와 습기를 무료로 유지한 다음 점차적으로 치틴 솔 젤 및 나트륨 수화물 현탁액에 물을 추가하는 것입니다. 그러나 이러한 변화에는 적용 가능성을 제한하는 리소스와 기술이 필요합니다.
위에 보고된 결정지수와 결정 크기는 모두 반정량 추정치에 불과합니다. 결정지수는 Focher, 외29에의해 설명된 바와 같이 계산되었으며, 따라서 진정한 결정성 분획이 아니다. 피크 영역을 알려진 순도 표준과 비교하여 얻을 수 없었습니다. 마찬가지로, Scherrer 방정식을 사용하여 선 확대에서 결정라이트 크기를 얻으려면 추정치만 제공합니다. 비균일 변형과 같은 다른 현상도 라인 확대에 기여할 수있다(34). 이러한 이유로 결정지수 및 결정화 크기의 절대값보다는 추세에 집중하는 것이 더 적절합니다. 다른 곳에서 권장되는 경우 이러한 값은 관련 오류 나분산(34)없이보고됩니다.
N2 물리흡수제에 BET 방정식을 적용하여 특정 표면 영역을 계산하려면 분석 전에 시료를 철저히 건조하고 탈착해야 합니다. 시료에 수분및 흡착제의 존재는 두 가지 방법으로 특정 영역 측정을 변경합니다: (1) 빈 흡착 부위의 유효 수를 차단 및 하강함으로써, (2) 휘발성을 탈취하여, 샘플 위의 측정 압력을 증가시키고, 명백한 흡착을 낮춥니다. 이러한 오류를 방지하기 위해, 탄소 및 산화물 샘플은 일반적으로N2 또는 적어도 1 h 진공 하에서 300 °C 근처의 온도에서 탈가스된다. 구조적으로 견고하지만, 치틴은 이러한 조건하에서 열분해됩니다(그림6). 대신, 팽창된 키틴 폼의 특정 표면적 측정은 오븐 건조 또는 리오필화 직후 1주일 동안N2를 흐르는 50°C에서 탈착한 시료에 가장 안정적이었다.
흡착 을 수행하는 것은 일상적인, 그러나 특정 프로토콜은 흡착제, 솔루션, 혼합 방법, 사용 가능한 악기 및 편의에 따라 크게 다릅니다. 이러한 이유로, 본 연구는 폐수분석(28)에대한 절차를 기반으로 한 상세한 프로토콜을 포함한다. 치틴에 Cu의 흡착은 탄소와 같은 다른 흡착제에 비해 낮습니다. 치틴은포화도 35에도달하기 위해 100-500 mg/L 범위의 높은 Cu 농도를 필요로 한다. 그러나, 색염 이두부니에이트 방법은 5 mg/L27의Cu 검출 천장을 갖는다. 즉, aliquots는 악기에 의해 측정 할 수 있도록 Cu 농도가 100 번 희석되어야했습니다. 희석은 측정에 상당한 실험 오류를 유발할 수 있으므로 희석 및 측정은 샘플당 세 번 반복되었습니다. 희석을 수행하기 위해 졸업실린더를 사용하여, 측정된 농도에서 관찰된 분산은 낮은 Cu 농도의 경우 3.7% 미만이고 높은 Cu 농도의 경우 0.35% 미만이었습니다. 체적 플라스크를 사용하여 희석을 수행함으로써 분산이 감소될 수 있습니다. 또한 흡착 실험 중에 헤드스페이스를 최소화하는 것이 중요합니다. 액체 선 위의 컨테이너 벽을 부착하는 모든 흡착제는 용액과 평형화되지 않으며 실험에서 오류를 유발합니다. 이는 컨테이너를 셰이커의 궤도 평면에 비해 15° 각도로 배치하고 컨테이너를 손으로 흔들어 내부 벽에 부착된 흡착기를 제거하여 방지할 수 있습니다.
이더스말, 비해리흡착에 대한 Langmuir 모델은 (1) 단일 층에서 의문별 흡착물, (2) 흡착 부위가 정력적으로 동등하고 단일 멸문 분자 또는 이온을 포함할 수 있으며, (3) 흡착 분자 또는 이온이 서로 상호 작용하지 않는다고 가정한다. 수집된 Cu 흡착 데이터는 Langmuir 모델에 적합하며 이러한 가정을 검증합니다. 그러나, 우리는 시작 재료로 단일 종에서 수확 정제 치틴을 사용했다. 더 낮은 순도 치틴을 사용하거나표면(17,36)을화학적으로 수정하면 흡착 부위 간의 형태학적 및 정력적 변화가 발생할 수 있으며, 이는 다른 흡착 모델을 요구할 것이다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 연구는 전투 능력 개발 사령부 육군 연구소 (협력 계약 번호 W911NF-15-2-0020)에 의해 후원되었다. 이 자료에 표현된 의견, 결과 및 결론 또는 권장 사항은 저자의 의견이며 반드시 육군 연구실의 견해를 반영하지는 않습니다.
몬태나 기술 대학의 고급 재료 처리 센터 (CAMP)는이 연구에 필요한 전문 장비의 일부를 사용하여 감사드립니다. 우리는 또한 게리 와이스, 낸시 오이어, 릭 라두슈르, 존 커틀리, 캐서린 조드로에게 기술 적 지원과 유용한 토론을 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ammonium bicarbonate | Sigma-Aldrich | 9830 | NH4HCO3, ≥99.5 % |
| Chitin | Sigma-Aldrich | C7170 | Pandalus borealis, practical grade |
| Colorimeter | Hanna Instruments | HI83399-01 | Photometer for wastewater analysis |
| Copper High Range Checker | Hanna Instruments | HI702 | Bicinchoninate colorimetric titration |
| Copper nitrate hydrate | Sigma-Aldrich | 223395 | Cu(NO3)2 · 2.5 H2O, 98 % |
| Dimethylacetamide (DMAc) | Sigma-Aldrich | 271012 | Anhydrous, 99.8 % |
| IR Spectrophotometer | Thermo Nicolet | Nexus 670 | Fitted with an ATR cell |
| Lithium chloride | Sigma-Aldrich | 310468 | LiCl, ≥99 % |
| N2 Physisorption Apparatus | Micromeritics | Tristar II | |
| Nitric acid | BDH | BDH7208-1 | HNO3, 0.1 N |
| Scanning electron microscope | Zeiss LEO | 1430 VP | 15 kV, secondary electron detector, 29-31 mm working distance |
| Sodium hydride | Sigma-Aldrich | 223441 | NaH, packed in mineral oil, 90 % |
| Thermogravimetric analyzer | TA Instruments | Q500 | 100 ml/min N2, 10 °C/min to 800 °C |
| Water Purification System | Millipore | Milli-Q | Type A water (18 MΩ) |
| X-Ray Diffractometer | Rigaku | Ultima IV | Cu K-α radiation, 8.04 keV |
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