Extractie van ramee vezel in Alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door gecontroleerd-release Alkali-bron
Summary
Hier gepresenteerd is een protocol voor extractie van ramee vezel in alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door gecontroleerd-release alkali bron.
Abstract
Dit protocol wordt een methode voor extractie van ramee vezel rauwe Ramee wassen in een alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door een gecontroleerde-release alkali-bron. De vezel gewonnen uit Ramee is een soort textiel materiaal van groot belang. Eerdere studies, werd in een alkali waterstofperoxide systeem alleen ondersteund door natriumhydroxide Ramee vezel gewonnen. Als gevolg van de sterke alkaliteit van natriumhydroxide, de reactiesnelheid van de oxidatie van waterstofperoxide was echter moeilijk te controleren en aldus gevolg grote schade aan de behandelde vezel. In dit protocol, wordt een gecontroleerde-release alkali-bron, die is samengesteld uit natronloog en magnesiumhydroxide, gebruikt om een alkali-voorwaarde en bufferen van de pH-waarde van de alkali-waterstof-peroxidesystem. Het tarief van de vervanging van magnesiumhydroxide de pH-waarde van de waterstofperoxide systeem kunt aanpassen en heeft grote invloed op de eigenschappen van de vezel. De pH-waarde en de oxidation-reduction potentiële (ORP)-waarde voor de mogelijkheid van de oxidatie van alkali waterstofperoxide systeem, werden onderzocht met behulp van een pH-meter en ORP meter, respectievelijk. De inhoud van de resterende waterstofperoxide in de alkali waterstofperoxide systeem tijdens het proces van winning en het chemisch zuurstofverbruik (COD) waarde van afvalwater na extractie van de vezel worden getest door KMnO4 titratie methode. De opbrengst van de vezel is gemeten met behulp van een elektronische evenwicht van precisie en resterende tandvlees vezels worden getest door een chemische analysemethode. De graad (PD-waarde) van de polymerisatie van vezel wordt getest door een intrinsieke viscositeit-methode met behulp van de Ubbelohde viscosimeter. De treksterkte eigenschap van vezels, met inbegrip van breuk, vasthoudendheid en rek wordt gemeten met een vezel sterkte instrument. Fourier transform infrarood spectroscopie en röntgendiffractie worden gebruikt voor het karakteriseren van de functionele groepen en crystal eigenschap van vezels. Dit protocol bewijst dat de gecontroleerde-release alkali-bron de eigenschappen van de vezel gewonnen in een alkali waterstofperoxide systeem kan verbeteren.
Introduction
Ramee, beter bekend als ‘China grass’ is een vaste plant kruid waarvan vezels kan worden gebruikt als een uitstekend materiaal voor de textiel industrie1,2. Het is een van de belangrijkste economische gewassen inheems in China; de productie van ramee in China is goed voor meer dan 90% van de totale opbrengst in de wereld1,2. Ramee vezel is één van de sterkste en langste plantaardige vezels, glanzend met een bijna zijdeachtige uiterlijk3,4. De lange lengte van ramee vezel maken het geschikt voor één vezel spinnen, die zelden wordt gezien in de bast fiber. De textiel gemaakt van ramee vezel bezit vele uitstekende eigenschappen, zoals de koelte, antibacteriële, uitstekende thermische geleidbaarheid, ventilatie, etc.3,4
Cellulose is het hoofdbestanddeel van ramee vezels, en de andere componenten in het Ramee, zoals pectine, lignine, water oplosbare stoffen, worden gedefinieerd als tandvlees5,6. Ramee vezel kan worden gewonnen door de ontbinding van het tandvlees in oplossing met chemische reagentia, in een proces dat is gedefinieerd als het degumming5,6. Vooral twee benaderingen van ramee vezel extractie bestaan: chemische degumming en bio-degumming. Het energieverbruik, tijd consumptie en Kabeljauw waarde van degumming afvalwater in traditionele chemische degumming is vrij hoog, als cellulose vezel wordt gewonnen door het wassen van ruwe Ramee in geconcentreerde NaOH onder hoge druk voor 6 tot 8 h7,8 . Als alternatief, bio-degumming is een eco-vriendelijke optie voor Ramee vezel extractie. Niettemin, de harde reactie voorwaarde en geavanceerde apparatuur remmen de verdere industriële toepassing9,10. Daarom, oxidatie met waterstofperoxide alkali degumming presenteert een waardevolle en alternatieve toepassing te richten op, daarvoor vereist degumming korter en lagere degumming temperatuur11,12. Echter, vanwege de sterke oxidatie vermogen van de peroxiden, aanzienlijke cellulose afbraak kan optreden tijdens de degumming, die leiden grote schade tot en met13,14van de eigenschappen van de vezel tot kan. Dit is het grootste nadeel van alkali peroxide oxidatie degumming van ramee.
Eerdere studies, werd in een alkali waterstofperoxide systeem alleen ondersteund door natriumhydroxyde15Ramee vezel gewonnen. Als gevolg van de sterke alkaliteit van natriumhydroxide, de reactiesnelheid van de oxidatie van waterstofperoxide was echter moeilijk te controleren en aldus gevolg grote schade aan de behandelde vezel7. Ter verbetering van de eigenschappen van ramee vezel, wordt een gecontroleerde-release alkali-bron, die is samengesteld uit natronloog en magnesiumhydroxide, gebruikt in deze studie te bieden een alkali-voorwaarde en bufferen van de pH-waarde van alkali waterstofperoxide systeem16 , 17.
De grondgedachte achter deze technologie kan als volgt worden omschreven. Magnesiumhydroxide is slecht oplosbaar in gedestilleerd water, en het kan ontbinden geleidelijk in de degumming oplossing met de consumptie van OH– en houden van de pH-waarde en dus oxidatie vermogen van degumming oplossing in een passende reeks18. De vervanging tarief (SR) van magnesiumhydroxide wordt gedefinieerd als het percentage mol NaOH vervangen door magnesium hydroxide onder de totale alkali dosering van 10%, en de vervanging door de volgende vergelijking kan worden berekend. Bovendien kunt Mg2 + voorkomen aantasting van de cellulose veroorzaakt door meer dan oxidatie19,20.
Hier, M2 (g) is het gewicht van Mg(OH)2M1 (g) is het gewicht van NaOH, 40 is het molecuulgewicht van NaOH, 58 is het molecuulgewicht van Mg(OH)2, 2 is het aantal OHs in Mg(OH)2en SR is de vervanging tarief.
De technologie van dit protocol kan worden uitgebreid tot het uitpakken bleken en wijzigen van plantaardig materiaal in een alkali waterstofperoxide systeem. Echter moet worden opgemerkt dat de selectie van de pH waarde en reactie temperatuur van de alkali waterstofperoxide systeem is de sleutel voor deze technologie21. De pH-waarde van de alkali waterstofperoxide systeem kan worden aangepast door het veranderen van de vervanging tarief17. De pH-waarde en dus oxidatie vermogen van het systeem van de waterstofperoxide alkali afnemen met de toenemende vervanging tarief. Wanneer de temperatuur van de reactie is ingesteld op 85 ° C, de reactie van de vrije radicalen de belangrijkste rol speelt in het systeem en de sterke oxidatie van het systeem is geschikt voor de ontbinding van de materialen; Wanneer de temperatuur van de reactie is ingesteld op 125 ° C, de reactie van de vrije radicalen wordt geremd en een grote hoeveelheid HOO bestaat in het systeem, waardoor het systeem geschikt voor het bleken van19.
Protocol
Representative Results
Discussion
De instelling van Mg(OH)2 vervanging tarief en reactie temperatuur was het belangrijkste punt van dit protocol. Mg(Oh)2 vervanging tarief kan beïnvloeden de pH-waarde en dus oxidatie vermogen van degumming oplossing. De beste Mg(OH)2 vervanging tarief voor Ramee degumming was 20%, omdat cellulose geen genoeg bescherming uit hoofde van een vervanging tarief onder de 20%, en een overmatige hoeveelheid resterende tandvlees (lage waarde van de DP en kristalliniteit) zou worden bewaard in vez…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de geoormerkte Fonds voor China landbouw onderzoekssysteem voor Bast en blad Fiber gewassen (subsidie aantal auto’s-19), de China Academy of Agricultural Science en technologie innovatieproject (subsidie nummer ASTIP-IBFC07), het innovatiefonds voor afgestudeerde studenten in Donghua Universiteit (verlenen nummer 16D 310107), de ‘Xiaoping wetenschap en technologie innovatie team’ (industrialisatie geïntegreerd o & o groep bast fiber biologische degumming), China Scholarship Raad.
Materials
| Hydrogen peroxide, 30% | Fisher Scientific | H325-100 | Chemical for degumming |
| Magnesium hydroxide, 99% | Fisher Scientific | AA1236722 | Chemical for degumming |
| Sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-1 | Chemical for degumming |
| Sodium bisulfite | Fisher Scientific | S654-500 | Chemical for degumming |
| Sodium tripolyphosphate | Fisher Scientific | AC218675000 | Chemical for degumming |
| Anthraquinone, >98% | Fisher Scientific | AC104930500 | Chemical for degumming |
| 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid | Fisher Scientific | 50-901-10243 | Chemical for degumming |
| Degumming oil | Minglong auxiliaries limited liability company, Yiyang, Hunan,China | —— | Chemical for degumming |
| Ethyl alcohol | Fisher Scientific | A962-4 | Chemical for testing |
| Benzene | Fisher Scientific | AA43817AE | Chemical for testing |
| Copper wire,0.5mm (0.02in) dia | Fisher Scientific | AA10783H4 | Chemical for testing |
| Cupriethylenediamine solution 1mol/L | Fisher Scientific | 24991 | Chemical for testing, caution toxic |
| Nitric acid (65% ~68% ) | Fisher Scientific | A200-612GAL | Chemical for testing, caution |
| Ethylenediamine | Fisher Scientific | AC118420100 | Chemical for testing |
| Potassium permanganate | Fisher Scientific | P279-500 | Chemical for testing |
| Sulphuric acid | Fisher Scientific | A300C-212 | Chemical for testing |
| Silver sulfate | Fisher Scientific | S190-25 | Chemical for testing |
| Raw ramie | Guangyuan limited liability company, Changde, Hunan,China | —— | Raw materials |
| Electric-heated thermostatic water bath | Senxin Experiment equipment limited liability company,Shanghai,China | DK-S28 | Equipments for degumming |
| High temperature lbaorator dyeing machine | Shanghai Longda chemcials Crop. | RY-1261 | Equipments for degumming |
| Thermometer | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 100 °C | Equipments for degumming |
| Vacuum suction machine | Yukang KNET ,Shanghai,China | SHB-IIIA | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Suction flask | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 1000mL | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Sand-core funnels | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 35mL | Equipments for testing Mg(OH)2 solublity |
| Oxidation reduction potential meter | Dapu instrument, Shanghai, China | MODEL 421 | Equipments for testing ORP value |
| pH meter | Hanna instruments,Beijing,China | HI 98129 | Equipments for testing pH value |
| Acid burette | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 50mL | Equipments for testing H2O2 content |
| Flask | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL/500mL | Equipments for testing H2O2 content; residual gums content |
| Electric furnace | Jiangyi Experiment instruments limited liability company,Shanghai,China | 800-2000W | Equipments for testing residual gums content |
| Reflux condensing tube | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing residual gums content; COD value |
| Fiber cutter (40mm) | Changzhou No.2 Textile Machine Co.,Ltd | Y171A | Equipments for testing fiber density |
| Ostwald viscometer | Taizhou, jiaojiang, glass instruments company | 0.6mm | Equipments for testing fiber PD value |
| Spherical fat extractor | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing fiber PD value |
| Soxhlet extractor | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL | Equipments for testing fiber PD value |
| Torsion balance | Liangping instrucments Co.,Ltd,Shanghai, China | JN-B | Equipments for testing fiber density |
| Fiber strength instrument | Xinxian instruments, shanghai,China | XQ-2 | Equipments for testing fiber tensile property |
| Tension clamp | Depu textile technology Co.,Ltd, Changzhou, jiangsu, China | 0.3cN/dtex | Equipments for testing fiber tensile property |
| COD thermostatic heater | Qiangdao Xuyu environment protection technology Lit company | DL-801A | Equipments for testing COD value |
| FTIR | Thermo Fisher, America | Nicolet | FTIR analysis |
| XRD | Rigaku, Japan | D/max-2550 PC | XRD analysis |
| Electronic balance | Shanghai jingtian Electronic instrument Co.,Ltd | FA2004A | Generral equipments |
| Drying oven | Tonglixinda instruments, Tianjin,China | 101-2AS | Generral equipments |
| Weighing bottle | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 50×30 | Generral equipments |
| Beaker | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 500mL | Generral equipments |
| Sample sieve | Xiaojin hardware instruments Co.,Ltd, Shangyu, Zhejiang | 120 mesh | Generral equipments |
| Glass rod | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | —— | Generral equipments |
| Cylinder | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 250mL, 50mL | Generral equipments |
| Pipette | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | 5mL, 10mL | Generral equipments |
| Rubber suction bulb | Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd | —— | Generral equipments |
| Orign | OriginLab | 8.0 | Software for figure drawing |
References
- Yuan, J. G., Yu, Y. Y., Wang, Q., Fan, X. R., Chen, S. Y., Wang, P. Modification of ramie with 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid. Fiber Polym. 14, 1254-1260 (2013).
- Kipriotis, E., Heping, X., Vafeiadakis, T. Ramie and kenaf as feed crops. Ind Crop Prod. 68, 126-130 (2015).
- Rebenfeld, L. Fiber: the old and the new. J Text Inst. 92, 1-9 (2001).
- Ramamoorthy, S. K., Skrifvars, M., Persson, A. A review of natural fiber used in biocomposites: plant, animal and regenerated cellulose fiber. Polym Rev. 55, 107-162 (2015).
- Yu, H. Q., Yu, C. W. Influence of various retting methods on properties of kenaf fiber. J Text Inst. 101 (5), 452-456 (2010).
- Fan, X. S., Liu, Z. W., Liu, Z. T., Lu, J. A novel chemical degumming process for ramie bast fiber. Text Res J. 80, 2046-2051 (2010).
- Liu, G. L. . Research on the application of sodium percarbonate the degumming of ramie. , (2013).
- Meng, C. R., Yu, C. W. Study on oxidation degumming of ramie fiber. Adv Mater Res. , 881-883 (2014).
- Liu, Z. C., Duan, S. W., Sun, Q. X., Zhang, Y. X. A rapid process of ramie biodegumming by Pectobacterium sp. CXJZU-120. Text Res J. 82 (15), 1553-1559 (2012).
- Guo, F. F., Zou, M. Y., Li, X. Z., Zhao, J., Qu, Y. B. An effective degumming enzyme from Bacillus sp. Y1 and synergistic action of hydrogen peroxide and protease on enzymatic degumming of ramie fiber. BioMed Res Int. , (2013).
- Li, Z. L., Yu, C. W. Effect of peroxide and softness modification on properties of ramie fiber. Fiber Polym. 15, 2105-2111 (2014).
- Li, Z. L., Meng, C. R., Yu, C. W. Analysis of oxidized cellulose introduced into ramie fiber by oxidation degumming. Text Res J. 85 (20), 2125-2135 (2015).
- Xueren, Q. . Green bleaching technologies of pulp. , (2008).
- Erkselius, S., Karlssom, O. J. Free radical degradation of hydroxyethy cellulose. Carbohydr Polym. 62, 344-356 (2005).
- Meng, C. R., Liu, F. M., Li, Z. L., Yu, C. W. The cellulose protection agent used in the oxidation degumming of ramie. Textile Research Journal. 86 (10), 1109-1118 (2016).
- Long, X., Xu, C., Du, J., Fu, S. The TAED/H2O2/NaHCO3 system as an approach to low-temperature and near-neutral pH bleaching of cotton. Carbohydr Polym. 95, 107-113 (2013).
- Yun, N. . Studies on magnesium-based hydrogen peroxide bleaching and mechanisms of deinked pulp. , (2014).
- Zhang, W., Kong, F. Replacement of sodium peroxide bleaching by magnesium-based peroxide bleaching for pulp. Paper Sci Technol. 29, 25-28 (2010).
- Meng, C. R., Li, Z. L., Wang, C. Y., Yu, C. W. Alkali Source Used in the Oxidation Degumming of Ramie. Text Res J. 87 (10), 1155-1164 (2017).
- Gorski, D., Engstrand, P., Hill, J., Axelsson, P., Johansson, L. Mg(OH)2-based hydrogen peroxide refiner bleaching: influence of extractives content in dilution water on pulp properties and energy efficiency. Appita Journal. 63 (3), 218-225 (2010).
- Leduc, C., Martel, J., Danea, C. Efficiency and effluent characteristic from Mg(OH)2-based hydrogen peroxide bleaching of high-yield pulps and deinked pulp. Cellulose Chemistry & Technology. 44 (7-8), 271-276 (2010).
