Microhoneycomb монолиты, подготовленный однонаправленный для нановолокно целлюлозы на основе Sols: метод и расширений
Summary
Здесь мы представляем общий протокол для подготовки различных microhoneycomb монолиты (МЗМО) в котором жидкость может пройти через с чрезвычайно низкий перепад давления. МЗМО получил, как ожидается, будут использованы в качестве фильтров, катализатор поддерживает, электроды типа потока, датчики и подмости для биоматериалов.
Abstract
Монолитные Сотовые структуры были привлекательными для междисциплинарных областях из-за их высокое отношение прочности к весу. Особенно монолиты (МЗМО) microhoneycomb с каналами микрометр шкала ожидается как эффективной платформы для реакции и увольнения из-за их большой площади поверхности. До сих пор были подготовлены МЗМО методом однонаправленный паром для лиофильной сушки (UDF) только с очень ограниченным прекурсоров. Здесь мы приводим протокола, из которого можно получить ряд МЗМО, состоящий из различных компонентов. Недавно мы нашли что целлюлоза nanofibers функции как собственный агент структуры направляющих к формированию МЗМО через процесс UDF. Путем смешивания nanofibers целлюлозы с воды растворимых веществ, которые не дают МЗМО, может быть подготовлен целый ряд композитных МЗМО. Это значительно обогащает химический состав МЗМО к универсальным приложениям.
Introduction
Как совершенно новый материал microhoneycomb Монолит (обозначается MHM) недавно привлекла к себе огромное внимание от междисциплинарных областях1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. MHM впервые был подготовлен S. Мукаи et al. через модифицированный подход однонаправленный паром для лиофильной сушки (UDF) как монолит с массивом прямой микроканалов с Сота подобных сечений9. MHM обладает общие преимущества сотовых конструкций, то есть, эффективной тесселяции, высокое отношение прочности к весу и низкий перепад давления. Кроме того по сравнению с сотовым монолит с большим размером канала, МХМ имеет гораздо большую площадь конкретной поверхности. UDF метод предполагает однонаправленный роста кристаллов льда и одновременного фазовое разделение после замораживания. После удаления кристалликов льда получается твердый компонент литой кристалл льда. Морфология, образующихся при разделение фаз зависит от внутренней природы прекурсоров (соль или гель) и в большинстве случаев, ламель10, волокна11, и fishbone12 структуры, вероятно, в форме вместо МЗМО. В результате формирования МЗМО поступили только в ограниченных прекурсоров, и это значительно затрудняет разнообразие их химические свойства. Мы недавно обнаружил, что nanofibers целлюлозы имеют сильные структуры направляющие функции к формирования структуры MHM через UDF процесса13. Просто путем смешивания nanofibers целлюлозы с другими компонентами воды дисперсных, можно приготовить разнообразные МЗМО с различными химическими свойствами. Кроме того их внешней формы и размеры канала являются гибко и легко контролируемых13. Таким образом ожидается, что быть использованы как фильтры, опоры катализатора, электроды типа потока, датчики и подмости для биоматериалов МЗМО.
В этой статье мы сначала объяснить основные подготовки техника МЗМО из водорастворимых целлюлозы nanofibers через UDF процесс в деталях. Кроме того мы демонстрируем подготовку нескольких различных типов составных МЗМО.
Protocol
Representative Results
Discussion
Наиболее важным шагом для достижения МЗМО является однонаправленным замораживания шаг, во время которого вода застывает образуют кристаллы льда столбчатых и нажмите Диспергированых сторону, чтобы сформировать рамки. Однонаправленный процесс замораживания в основном включает в себя…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана национальных базовых исследований программа Китая (2014CB932400), национальные естественные науки фонд Китая (№ 51525204 и U1607206) и Шэньчжэнь, основной исследовательский проект (No. JCYJ20150529164918735). Кроме того мы хотели бы поблагодарить Daicel-Allnex Ltd. и JSR Co. за любезно поставляя полиуретанов и бутадиен-стирольного каучука, соответственно.
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).
