Monolithes de Microhoneycomb préparés par la lyophilisation unidirectionnel de nanofibres Cellulose basé Sols : méthode et Extensions
Summary
Nous présentons ici un protocole général pour préparer une variété de monolithes de microhoneycomb (MHMs) où le liquide peut passer à travers avec une chute de pression extrêmement faible. MHMs obtenus sont censés être utilisés comme filtres, supports de catalyseur, électrodes de débit-type, des capteurs et des échafaudages pour les biomatériaux.
Abstract
Structures alvéolaires monolithiques ont été attrayants aux champs pluridisciplinaires en raison de leur rapport résistance / poids élevé. En particulier, monolithes de microhoneycomb (MHMs) avec les chaînes de l’échelle du micromètre sont attendus comme des plates-formes efficaces pour les séparations et les réactions en raison de leurs grandes surfaces. Jusqu’à présent, les MHMs ont été préparés par une méthode unidirectionnelle de lyophilisation (UDF) qu’à partir de précurseurs très limitées. Ici, nous présentons un protocole auprès duquel une série de MHMs, consistant en différentes composantes peut être obtenue. Récemment, nous avons trouvé cette fonction de nanofibres cellulose comme agent de mise en scène structure distinct vers la formation de MHMs à travers le processus de l’UDF. En mélangeant les nanofibres de cellulose avec des substances solubles dans l’eau qui ne donnent pas de MHMs, une variété de MHMs composites peut être préparée. Cela enrichit considérablement la constitution chimique des MHMs vers les applications polyvalentes.
Introduction
Comme un matériel flambant neuf, monolithe de microhoneycomb (noté MHM) a récemment attiré l’attention énorme des domaines multidisciplinaires1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. le MHM, tout d’abord établi par S. Mukai et coll. grâce à une approche unidirectionnelle de lyophilisation (UDF) mis à jour le comme un monolithe avec un tableau de microcanaux droites avec des coupes transversales en nid d’abeille-comme9. MHM possède les avantages généraux de structures nid d’abeille, c.-à-d., pavage efficace, rapport résistance / poids élevé et faible chute de pression. Par ailleurs, en comparaison avec le monolithe en nid d’abeille avec une plus grande taille de canal, le MHM a une beaucoup plus grande surface spécifique. La méthode UDF suppose la croissance unidirectionnelle de cristaux de glace et de la séparation de phase simultanée à la congélation. Après l’enlèvement des cristaux de glace, on obtient un composant solide moulé par un cristal de glace. La morphologie formée dès la séparation de phase dépend de la nature intrinsèque du précurseur (sol ou gel) et dans la plupart des cas, lamelle10, fibre11et fishbone12 structures sont susceptibles de former plutôt que des MHMs. Ainsi, la formation du MHMs a signalé qu’en précurseurs limités, et cela a considérablement entravé la diversité de leurs propriétés chimiques. Nous avons récemment découvert que les nanofibres de cellulose ont une fonction de structure de mise en scène forte vers formant la structure MHM à travers le processus UDF13. Tout simplement en mélangeant les nanofibres de cellulose avec d’autres composants de l’eau susceptible de dispersion, il est possible de préparer une variété de MHMs avec des propriétés chimiques différentes. En outre, leurs formes extérieures et les tailles de canal sont souple et facilement contrôlé13. Ainsi, les MHMs sont censés servir de filtres, supports de catalyseurs, électrodes de type flux, capteurs et échafaudages pour les biomatériaux.
Dans cet article, nous expliquons tout d’abord la technique de préparation de base du MHMs de la dispersion aqueuse de nanofibres cellulose à travers le processus de l’UDF en détail. En outre, nous démontrons la préparation de différents types de composites MHMs.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’étape la plus critique pour la réalisation des MHMs est l’étape de congélation unidirectionnelle, au cours de laquelle l’eau se solidifie pour former des cristaux de glace colonnaire et pousser le dispersoïdes côté pour former le cadre. Le processus de congélation unidirectionnel consiste essentiellement à transfert thermique entre le sol du précurseur et le liquide de refroidissement. Dans notre configuration, une machine à pendage servait à insérer un tube PP contenant un sol de précurseur dans le…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la National base Research Programme of China (2014CB932400), Fondation de sciences naturelles nationales de la Chine (nos 51525204 et U1607206) et de Shenzhen base projet de recherche (no JCYJ20150529164918735). Aussi, nous aimerions remercier Daicel-Allnex Ltd. et JSR Co. pour polyuréthanes fournissant gracieusement et caoutchouc butadiène styrène, respectivement.
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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