Microhoneycomb Monoliths एकतरफ़ा फ्रीज-फाइबर Nanofiber आधारित Sols के सुखाने द्वारा तैयार: विधि और एक्सटेंशन
Summary
यहाँ, हम एक सामान्य प्रोटोकॉल मौजूद microhoneycomb monoliths (MHMs) की एक किस्म तैयार करने के लिए जिसमें तरल पदार्थ के माध्यम से एक अत्यंत कम दबाव ड्रॉप के साथ पारित कर सकते हैं. MHMs प्राप्त फिल्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा करने के लिए उम्मीद कर रहे हैं, उत्प्रेरक का समर्थन करता है, प्रवाह प्रकार इलेक्ट्रोड, सेंसर और के लिए पाड़ों.
Abstract
अखंड छत्ते संरचनाओं अपने उच्च शक्ति के लिए वजन अनुपात के कारण multidisciplinary क्षेत्रों के लिए आकर्षक हो गया है । विशेष रूप से, microhoneycomb monoliths (MHMs) माइक्रोमीटर के साथ-साथ उनके बड़े सतह क्षेत्रों की वजह से प्रतिक्रियाओं और विभाजन के लिए कुशल प्लेटफार्मों के रूप में उम्मीद कर रहे हैं । अब तक, MHMs केवल बहुत सीमित पुरोगामी से एक एकतरफ़ा फ्रीज-सुखाने (यूडीएफ) विधि द्वारा तैयार किया गया है । साथ ही, हम एक प्रोटोकॉल जिसमें से विभिंन घटकों से मिलकर MHMs की एक श्रृंखला प्राप्त किया जा सकता है की रिपोर्ट । हाल ही में, हमने पाया है कि एक अलग संरचना के रूप में फाइबर nanofibers समारोह-यूडीएफ प्रक्रिया के माध्यम से MHMs के गठन की दिशा में एजेंट निर्देशन । पानी घुलनशील पदार्थ है जो MHMs उपज नहीं है के साथ फाइबर nanofibers मिश्रण से, समग्र MHMs की एक किस्म तैयार किया जा सकता है । यह काफी बहुमुखी अनुप्रयोगों के प्रति MHMs के रासायनिक संविधान को समृद्ध करती है ।
Introduction
एक ब्रांड के रूप में नई सामग्री, microhoneycomb खंभा (चिह्नित एम0ए0) हाल ही में multidisciplinary क्षेत्रों से जबरदस्त ध्यान आकर्षित किया है1,2,3,4,5, ६ , 7 , 8. मुकाई एट अल के माध्यम से एक संशोधित एकतरफ़ा फ्रीज-सुखाने (यूडीएफ) दृष्टिकोण के माध्यम से सीधे microchannels की एक सरणी के साथ एक खंभा के रूप में के माध्यम से किया गया था । एम0ए0 छत्ता संरचनाओं, अर्थात्, कुशल पच्चीकारी, उच्च शक्ति से वजन अनुपात, और कम दबाव ड्रॉप के सामान्य लाभ के पास । इसके अलावा, एक बड़ा चैनल आकार के साथ छत्ते खंभा के साथ तुलना में, एम0ए0 एक बहुत बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र है । UDF विधि बर्फ क्रिस्टल और ठंड पर एक साथ चरण जुदाई के एकतरफ़ा वृद्धि शामिल है । बर्फ क्रिस्टल, एक ठोस बर्फ क्रिस्टल द्वारा ढाला घटक को हटाने के बाद प्राप्त की है । चरण जुदाई पर गठित आकृति विज्ञान अग्रदूत (सोल या जेल) की आंतरिक प्रकृति पर निर्भर करता है, और मामलों के अधिकांश में, lamella10, फाइबर11, और हड्डी12 संरचनाओं के बजाय फार्म करने के लिए संभावना है MHMs. नतीजतन, MHMs के गठन सीमित पुरोगामी में ही बताया गया है, और यह काफी उनकी रासायनिक संपदा की विविधता में बाधा है । हमने हाल ही में पाया है कि फाइबर nanofibers UDF प्रक्रिया13के माध्यम से एम0ए0 संरचना बनाने की ओर एक मजबूत संरचना-निर्देशन समारोह है । बस अन्य पानी-दिस्पेरसिब्ले घटकों के साथ फाइबर nanofibers मिश्रण से, यह विभिन्न रासायनिक गुणों के साथ MHMs की एक किस्म तैयार करने के लिए संभव है. इसके अलावा, उनके बाहरी आकार और चैनल आकार flexibly और आसानी से13नियंत्रित कर रहे हैं । इस प्रकार, MHMs फिल्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा करने के लिए उम्मीद कर रहे हैं, उत्प्रेरक का समर्थन करता है, प्रवाह प्रकार इलेक्ट्रोड, सेंसर और माल के लिए.
इस पत्र में, हम सबसे पहले विस्तार में यूडीएफ प्रक्रिया के माध्यम से फाइबर nanofibers के जलीय फैलाव से MHMs की बुनियादी तैयारी तकनीक की व्याख्या । इसके अलावा, हम समग्र MHMs के कई विभिंन प्रकार की तैयारी का प्रदर्शन ।
Protocol
Representative Results
Discussion
MHMs को प्राप्त करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कदम एकतरफ़ा ठंड कदम है, जिसके दौरान पानी स्तंभ बर्फ क्रिस्टल के रूप में जम जाता है और एक तरफ dispersoid धक्का रूपरेखा बनाने के लिए । एकतरफ़ा ठंड प्रक्रिया मूल रूप से प्?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीन के नेशनल बेसिक रिसर्च प्रोग्राम (2014CB932400), नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (नग ५१५२५२०४ और U1607206) और शेन्ज़ेन बेसिक रिसर्च प्रोजेक्ट (सं. JCYJ20150529164918735) । इसके अलावा, हम Daicel-Allnex लिमिटेड और JSR कं कृपया के लिए धंयवाद देना चाहूंगा टुकड़े और styrene ब्यूटाडाइन रबर क्रमशः की आपूर्ति ।
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 |
Riferimenti
- Nishihara, H., Mukai, S. R., Yamashita, D., Tamon, H. Ordered macroporous silica by ice templating. Chem. Mater. 17, 683-689 (2005).
- Mukai, S. R., Nishihara, H., Yoshida, T., Taniguchi, K., Tamon, H. Morphology of resorcinol-formaldehyde gels obtained through ice-templating. Carbon. 43 (7), 1563-1565 (2005).
- Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. Porous microfibers and microhoneycombs synthesized by ice templating. Catal. Surv. Asia. 10 (3-4), 161-171 (2006).
- Nishihara, H., et al. Preparation of monolithic SiO2-Al2O3 cryogels with inter-connected macropores through ice templating. J. Mater. Chem. 16 (31), 3231-3236 (2006).
- Mukai, S. R., Mitani, K., Murata, S., Nishihara, H., Tamon, H. Assembling of nanoparticles using ice crystals. Mater. Chem. Phys. 123 (2), 347-350 (2010).
- Cui, K., et al. Self-assembled microhoneycomb network of single-walled carbon nanotubes for solar cells. J. Phy. Chem. Lett. 4 (15), 2571-2576 (2013).
- Xu, T., Wang, C. -. A. Effect of two-step sintering on micro-honeycomb BaTiO3 ceramics prepared by freeze-casting process. J. Eur. Ceram. Soc. 36 (10), 2647-2652 (2016).
- Yoshida, S., et al. CO2 Separation in a flow system by silica microhoneycombs loaded with an ionic liquid prepared by the ice-templating method. Ind. Eng. Chem. Res. 56 (10), 2834-2839 (2017).
- Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. Formation of monolithic silica gel microhoneycombs (SMHs) using pseudosteady state growth of microstructural ice crystals. Chem. Commun. (7), 874-875 (2004).
- Gutie´rrez, M. C., et al. Macroporous 3D Architectures of Self-Assembled MWCNT Surface Decorated with Pt Nanoparticles as Anodes for a Direct Methanol Fuel Cell. J. Phys. Chem. C. 111, 5557-5560 (2007).
- Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. Morphology maps of ice-templated silica gels derived from silica hydrogels and hydrosols. Micropor. Mesopor. Mat. 116 (1-3), 166-170 (2008).
- Okaji, R., Taki, K., Nagamine, S., Ohshima, M. Preparation of porous honeycomb monolith from UV-curable monomer/dioxane solution via unidirectional freezing and UV irradiation. J. Appl. Polym. Sci. 125 (4), 2874-2881 (2012).
- Pan, Z. -. Z., et al. Cellulose nanofiber as a distinct structure-directing agent for xylem-like microhoneycomb monoliths by unidirectional freeze-drying. ACS Nano. 10 (12), 10689-10697 (2016).
- Saito, T., Nishiyama, Y., Putaux, J. -. L., Vigon, M., Isogai, A. Homogeneous Suspensions of Individualized Microfibrils from TEMPO-Catalyzed Oxidation of Native Cellulose. Biomacromolecules. 7 (6), 1687-1691 (2006).
- Saito, T., Kimura, S., Nishiyama, Y., Isogai, A. Cellulose Nanofibers Prepared by TEMPO-Mediated Oxidation of Native Cellulose. Biomacromolecules. 8, 2485-2491 (2007).
- Bekyarova, E., et al. Multiscale carbon nanotube− carbon fiber reinforcement for advanced epoxy composites. Langmuir. 23, 3970-3974 (2007).
- Nishihara, H. . Study on the simultaneous control of the nanostructure and morphology of the porous materials prepared via the ice-templating method [D]. , (2005).
- Zhang, R., et al. Three-dimensional porous graphene sponges assembled with the combination of surfactant and freeze-drying. Nano Research. 7 (10), 1477-1487 (2014).
- Tao, Y., et al. Towards ultrahigh volumetric capacitance: graphene derived highly dense but porous carbons for supercapacitors. Sci. Rep. 3, 2975 (2013).
