Monoliti Microhoneycomb preparati dalla liofilizzazione unidirezionale di cellulosa nanofibra basato Sols: metodo ed estensioni
Summary
Qui, presentiamo un protocollo generale per preparare una varietà di microhoneycomb monoliti (MHMs) in cui il liquido può passare attraverso con una caduta di pressione estremamente bassa. MHMs ottenuti dovrebbero essere utilizzati come filtri, supporti di catalizzatore, flusso-tipo di elettrodi, sensori e ponteggi per biomateriali.
Abstract
Strutture monolitiche a nido d’ape sono state attraente ai campi multidisciplinari a causa del loro elevato rapporto resistenza-peso. In particolare, microhoneycomb monoliti (MHMs) con canali scala micrometrica sono attesi come efficienti piattaforme per le reazioni e le separazioni a causa delle loro grandi superfici. Fino ad ora, MHMs sono stati preparati da un metodo unidirezionale di liofilizzazione (UDF) solo da precursori molto limitati. Qui, segnaliamo un protocollo da cui possono essere ottenuta una serie di MHMs costituito da diversi componenti. Recentemente, abbiamo trovato quella funzione di nanofibre di cellulosa come agente distinto struttura-dirigere verso la formazione di MHMs attraverso il processo UDF. Mescolando le nanofibre di cellulosa con sostanze solubili in acqua che non cedono MHMs, una varietà di MHMs composito può essere preparata. Questo arricchisce notevolmente la costituzione chimica di MHMs verso applicazioni versatili.
Introduction
Come un materiale nuovo di zecca, microhoneycomb monolite (indicato con MHM) recentemente ha attirato l’attenzione enorme da campi multidisciplinari1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. the MHM in primo luogo è stato preparato da Mukai S., et al. , attraverso un approccio di liofilizzazione (UDF) unidirezionale modificato come un monolite con una matrice di microcanali dritto con favo-come sezioni trasversali9. MHM possiede i vantaggi generali delle strutture a nido d’ape, cioè, efficiente tassellatura, alto rapporto resistenza-peso e bassa caduta di pressione. Inoltre, il MHM rispetto con il monolito a nido d’ape con una maggiore dimensione del canale, ha una molto più grande superficie specifica. Il metodo UDF coinvolge la crescita unidirezionale dei cristalli di ghiaccio e separazione di fase simultanea al momento del congelamento. Dopo la rimozione dei cristalli di ghiaccio, si ottiene una componente solida modellata dal cristallo di ghiaccio. La morfologia formata sulla separazione di fase dipende dalla natura intrinseca del precursore (sol o gel) e nella maggior parte dei casi, lamella10, fibra11e fishbone12 strutture sono suscettibili di formare piuttosto che il MHMs. Di conseguenza, la formazione di MHMs è stata segnalata solo nei precursori limitati, e questo ha notevolmente ostacolato la diversità delle loro proprietà chimiche. Recentemente abbiamo trovato che le nanofibre cellulosa hanno una forte funzione di struttura-dirigendo verso che formano la struttura MHM attraverso il processo UDF13. Semplicemente mescolando le nanofibre di cellulosa con altri componenti disperdibili in acqua, è possibile preparare una varietà di MHMs con proprietà chimiche differenti. Inoltre, esterni forme e dimensioni di canale sono controllati in modo flessibile e veloce13. Così, MHMs dovrebbero essere utilizzati come filtri, supporti per catalizzatori, flusso-tipo di elettrodi, sensori e ponteggi per biomateriali.
In questa carta, abbiamo prima spiegare la tecnica di preparazione di base di MHMs dalla dispersione acquosa di nanofibre di cellulosa attraverso il processo UDF in dettaglio. Inoltre, dimostriamo la preparazione di diversi tipi di compositi MHMs.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il punto più critico per il raggiungimento del MHMs è la fase di congelamento unidirezionale, durante il quale l’acqua si solidifica per formare cristalli di ghiaccio colonnare e spingere il dispersoid da parte per formare il quadro. Il processo di congelamento unidirezionale fondamentalmente si tratta di trasferimento termico tra il sol precursore ed il liquido refrigerante. Nel nostro setup, una macchina tuffantesi era utilizzata per inserire un tubo PP contenenti un sol precursore nel refrigerante (azoto liquido) co…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dalla base nazionale ricerca programma della Cina (2014CB932400), National Natural Science Foundation of China (nn. 51525204 e U1607206) e Shenzhen Basic Research Project (No. JCYJ20150529164918735). Inoltre, vorremmo ringraziare Daicel-Allnex Ltd. e co. JSR per poliuretani fornenti gentilmente e copolimero stirene-butadiene, rispettivamente.
Materials
| Nadelholz Bleached Kraft Pulp | Seioko PMC company | CSF=600 | |
| TEMPO | Macklin Inc. | T819129 | 98% |
| NaBr | Macklin Inc. | S818075 | AR, 99% |
| NaClO | Aladin Inc. | S101636 | 6-14 wt% active chlorine basis |
| SBR colloid | JSR corp. | TRD102A | 48.5 wt% |
| TiO2 | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | A63725402 | crystalline anatase phase |
| carbon fiber | Shenzhen Xian’gu Ltd. | XGCP-300 | |
| Nitric acid | Huada Reagent Ltd. | 7697-37-2 | 65-68 wt% |
| Mixer | Scientific Industries, Inc | G-560 | the mixer |
| Mechanical blender | Waring Lab Ltd. | MX1000XTX | For disintegrating cellulose bundles into nanofibers. |
| Homogenizer | Scientz Ltd. | HXF-DY | For dispersing TiO2 nanoparticles |
| pH meter | Horiba Ltd. | F-74BW |
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