كتل ميكروهونيكومب أعده التجميد أحادي الاتجاه من السليلوز نانوفيبير على أساس الأراضي: الأسلوب وملحقات
Summary
نقدم هنا، بروتوكول عام لإعداد مجموعة متنوعة من كتل ميكروهونيكومب (تضعها) في السوائل التي يمكن أن تمر من خلال مع حدوث انخفاض ضغط منخفض للغاية. من المتوقع تضعها الحصول عليها لاستخدامها كمرشحات، ويدعم محفز، نوع تدفق كهربائي وأجهزة الاستشعار والسقالات للحيوية.
Abstract
وكانت هياكل العسل متآلف جذابة لحقول متعددة التخصصات بسبب ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن. خاصة، من المتوقع كتل ميكروهونيكومب (تضعها) مع قنوات ميكرومتر على نطاق كمناهج فعالة لردود الأفعال والفواصل بسبب تلك المساحات السطحية الكبيرة. حتى الآن، تم إعداد تضعها بطريقة التجميد (UDF) أحادي الاتجاه فقط من السلائف محدودة للغاية. هنا، نحن تقرير بروتوكول التي يمكن الحصول على سلسلة من تضعها يتألف من عناصر مختلفة. في الآونة الأخيرة، وجدنا أن الدالة النانو السليلوز كعامل توجيه هيكل متميزة نحو تشكيل تضعها عن طريق عملية UDF. عن طريق خلط النانو السليلوز مع المواد القابلة للذوبان المياه التي لا تسفر عن تضعها، يمكن إعداد مجموعة متنوعة من تضعها المركب. وهذا يثري كثيرا دستور تضعها الكيميائية نحو التطبيقات المتنوعة.
Introduction
كمادة العلامة التجارية جديدة، متراصة ميكروهونيكومب (النطاق المرمز إليه مليسا) مؤخرا قد اجتذبت اهتماما هائلا من حقول متعددة التخصصات1،2،3،،من45، 6 , 7 , 8-“مليسا” أول أعدها موكاي س. et al. ، من خلال تعديل نهج أحادي الاتجاه التجميد (UDF) متراصة مع مجموعة ميكروتشانيلس على التوالي مع المقاطع العرضية مثل العسل9. وتمتلك مواردا مزايا عامة لهياكل العسل أيوالترصيع كفاءة، ونسبة عالية من القوة إلى الوزن، وانخفاض الضغط المنخفض. وعلاوة على ذلك، مقارنة مع متراصة العسل مع قناة أكبر حجماً، قد مليسا كثير أكبر سطح منطقة معينة. يتضمن الأسلوب UDF نمو بلورات الثلج وانفصال المتزامنة على تجميد أحادي الاتجاه. بعد إزالة بلورات الثلج، يتم الحصول على مكون صلب مصبوب بالكريستال الجليد. مورفولوجيا شكلت عند انتهاء مرحلة يعتمد على الطبيعة الجوهرية للسلائف (سول أو هلام)، وفي معظم الحالات، لوحة10،11من الألياف، وعظام السمكة12 هياكل من المحتمل أن تشكل بدلاً من تضعها. كنتيجة لذلك، أبلغ عن تشكيل تضعها في السلائف محدودة فقط، وهذا أعاق إلى حد كبير تنوع ممتلكاتهم الكيميائية. ونحن مؤخرا وجدت أن النانو السليلوز لديها وظيفة توجيه بنية قوية نحو تشكيل هيكل مليسا من خلال عملية UDF13. ببساطة عن طريق خلط النانو السليلوز مع غيرها من مكونات المياه التشتت، فمن الممكن إعداد مجموعة متنوعة من تضعها مع الخصائص الكيميائية المختلفة. وعلاوة على ذلك، الأشكال الخارجية، وأحجام قناة بمرونة وسهولة التحكم13. وهكذا، يتوقع تضعها لاستخدامها كمرشحات ويدعم محفز، ونوع تدفق كهربائي، وأجهزة الاستشعار والسقالات للحيوية.
في هذه الورقة، نشرح أولاً تقنية الإعداد الأساسي لتضعها من تشتت مائي النانو السليلوز من خلال عملية الجبهة الديمقراطية بالتفصيل. وعلاوة على ذلك، علينا أن نظهر إعداد عدة أنواع مختلفة من تضعها المركب.
Protocol
Representative Results
Discussion
أن الخطوة الأكثر أهمية لتحقيق تضعها هي الخطوة تجميد أحادي الاتجاه، خلال الماء الذي يتصلب لتشكيل بلورات الثلج عمودي، ودفع ديسبيرسويد جانبا لتشكيل الإطار. عملية تجميد أحادي الاتجاه ينطوي أساسا على النقل الحراري بين سول السليفة والتبريد. وفي الإعداد لدينا، استخدمت آلة غمس لإدراج أنبوب PP ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيده هذا العمل الوطنية الأساسية البحث البرنامج الصيني (2014CB932400) والوطنية الطبيعية مؤسسة العلوم الصينية (رقم 51525204 و U1607206) شنتشن مشروع البحوث الأساسية (رقم JCYJ20150529164918735). أيضا، نود أن نشكر اللنيكس دايسيل المحدودة وشركة JSR يرجى البولي يوريثان الموردة ومطاط ستايرين بيوتادايين، على التوالي.
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 |
References
- 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).
