מיצוי של רמי סיבים במערכת מימן על-חמצני אלקליות נתמך על-ידי שחרור מבוקר אלקליות מקור
Summary
המוצג כאן הוא פרוטוקול לחילוץ של רמי סיבים במערכת מימן על-חמצני אלקליות נתמך על-ידי שחרור מבוקר אלקליות מקור.
Abstract
פרוטוקול זה מדגים שיטה להפקת סיבי רמי מאת שסרקו רמי raw בכל מערכת חמצן אלקליות הנתמך על-ידי מקור מבוקר-שחרור אלקלי. סיבים מופק רמי הוא סוג של חומר טקסטיל חשיבות רבה. במחקרים קודמים, רמי סיבים שהופק במערכת מימן על-חמצני אלקליות נתמך רק על ידי נתרן הידרוקסידי. עם זאת, בשל בסיסיות חזקה של נתרן הידרוקסידי, מהירות תגובת חמצון של מימן על-חמצני היה קשה לשלוט, ובכך גרמו נזק גדול כדי סיבים שטופלו. ב פרוטוקול זה, משמש מקור מבוקר-שחרור אלקלי, אשר מורכבת סודיום הידרוקסיד מגנזיום הידרוקסיד, לספק תנאי אלקלי, מאגר ערך ה-pH של peroxidesystem מימן אלקלי. קצב החלפת מגנזיום הידרוקסיד ניתן להתאים את ערך ה-pH של מערכת חמצן, ויש לו השפעה רבה על המאפיינים סיבים. ה-pH ערך וערך oxidation-reduction פוטנציאליים (ORP), אשר מייצג את היכולת חמצון מערכת חמצן אלקלי, נוטרו באמצעות מד ph ו ORP מטר, בהתאמה. התוכן שיורית מימן על-חמצני במערכת מימן על-חמצני אלקליות במהלך תהליך החילוץ והערך חמצן כימית דרישה (COD) של שפכים לאחר החילוץ סיבים נבדקים בשיטה טיטור4 KMnO. התשואה של סיבים נמדד באמצעות איזון אלקטרונית דיוק, החניכיים שיורית של סיבים נבדקים על ידי שיטת ניתוח כימי. מידת פלמור (ערך PD) של סיבים נבדק על ידי שיטה צמיגות הפנימית באמצעות מד צמיגות של Ubbelohde. המאפיין מתיחה של סיבים, כולל עקשנות, התארכות של קרע, נמדד באמצעות מכשיר כוח סיבים. טרנספורם פורייה ספקטרוסקופית אינפרא אדום, קרני רנטגן משמשים כדי לאפיין את קבוצות פונקציונליות ורכוש קריסטל של סיבים תזונתיים. פרוטוקול זה מוכיח כי המקור אלקליות שחרור מבוקר יכול לשפר את המאפיינים של סיבי חילוץ בכל מערכת חמצן אלקלי.
Introduction
רמי, הידוע בכינויו ‘סין דשא’ היא עשב רב-שנתי סיבים אשר יכול לשמש חומר מצוין טקסטיל תעשיית1,2. . זה אחד הגידולים הכלכלי הראשי ילידי בסין; הייצור של רמי בסין נוכחים יותר מ 90 אחוז התשואה הכוללת העולם1,2. רמי סיבים הוא אחד של סיבי הצמח החזק והארוך ביותר, חזיות עם3,מראה משיי כמעט4. אורך סיב רמי רב לעשות את זה מתאים מסתובבים סיב יחיד, אשר נתפסת לעתים רחוקות באסט סיבים. הטקסטיל עשויים מסיב רמי בעל מאפיינים מצוינים רבים, כגון קרירות, אנטיבקטריאלי, מעולה מוליכות חום, אוורור, ועוד3,4
תאית היא המרכיב העיקרי של רמי סיבים, הרכיבים האחרים של רמי, כגון פקטין, ליגנין, חומרים מסיסים במים, מוגדרים כמו החניכיים5,6. רמי סיבים ניתן לחלץ על ידי המסת החניכיים בתמיסה המכילה ריאקטיבים כימיים, בתהליך כהגדרתו degumming5,6. קיים בעיקר שתי גישות של רמי סיבים החילוץ: degumming כימיים, ביו-degumming. צריכת אנרגיה, זמן הצריכה, ואת סיבת המוות והערך של שפכי degumming degumming כימי המסורתי הוא גבוה למדי, כמו תאית סיבים מופק על ידי הגעלה רמי raw ב- NaOH מרוכזת בלחצים גבוהים עבור 6-8 h7,8 . לחלופין, ביו-degumming הוא אופציה ידידותית לסביבה לחילוץ סיבים רמי. ובכל זאת, תנאי התגובה הקשה ואת ציוד מתוחכם לעכב עוד היישום התעשייתי שלו,9,10. לכן, חמצון degumming עם מי חמצן אלקליות מציג יקר ערך, יישום חלופיים כדי להתמקד, זה דורש זמן קצר degumming התחתון degumming טמפרטורה11,12. עם זאת, בשל היכולת חמצון חזקה של משתכים שטח ניקוי, השפלה תאית משמעותית עלולה להתרחש במהלך תהליך degumming, אשר יכול לגרום נזק רב לרכוש סיבים מאפיינים13,14. זהו החיסרון הגדול ביותר של אלקליות חמצון חמצן degumming של רמי.
במחקרים קודמים, רמי סיבים שהופק במערכת מימן על-חמצני אלקליות נתמך רק על ידי נתרן הידרוקסידי15. עם זאת, בשל בסיסיות חזקה של נתרן הידרוקסידי, מהירות תגובת חמצון של מימן על-חמצני היה קשה לשלוט, ובכך גרמו נזק גדול ביותר סיבים שטופלו7. כדי לשפר את המאפיינים של רמי סיבים, מקור מבוקר-שחרור אלקלי, אשר מורכבת סודיום הידרוקסיד מגנזיום הידרוקסיד, משמש במחקר זה מציעים תנאי אלקליות מאגר ערך pH אלקליות מימן על-חמצני מערכת16 , 17.
הרציונל מאחורי הטכנולוגיה הזו יכולה להיות מתוארת כדלקמן. מגנזיום הידרוקסיד הוא מעט מסיסים במים מזוקקים, וזה יכול להמיס בהדרגה לתוך הפתרון degumming עם הצריכה של הו– לשמור את ערך ה-pH וכך יכולת חמצון של פתרון degumming הטווח המתאים18. קצב החלפת (SR) מגנזיום הידרוקסיד מוגדר שיעור השומה NaOH מוחלף על ידי מגנזיום הידרוקסיד תחת המינון אלקליות סך של 10%, ניתן לחשב את קצב החלפת באמצעות המשוואה הבאה. יתר על כן, מ ג2 + יכול למנוע השפלה תאית הנגרמת על ידי יותר מ חמצון19,20.
כאן, מ’2 (g) הוא המשקל של Mg(OH)2, ז1 (g) הוא המשקל של NaOH, 40 המשקל המולקולרי של NaOH, בן 58, הוא המשקל המולקולרי של Mg(OH)2, 2 הוא מספר OHs Mg(OH)2, SR הוא קצב החלפת.
הטכנולוגיה של פרוטוקול זה ניתן להרחיב את חילוץ, הלבנה, ושינוי של צמח חומרי בכל מערכת חמצן אלקלי. עם זאת, יש לציין כי הבחירה של pH טמפרטורה ערך ותגובה של מערכת חמצן אלקלית היא מפתח עבור טכנולוגיה זו21. ניתן להתאים את ערך ה-pH של מערכת חמצן אלקליות על ידי שינוי קצב החלפת17. עם הגוברת של החלפת קצב ירידה ערך pH וכך יכולת חמצון של מערכת חמצן אלקלי. כאשר הטמפרטורה התגובה מוגדר ב 85 מעלות צלזיוס, התגובה רדיקלים חופשיים משחקת את התפקיד הראשי במערכת ומתאים חמצון חזקה של המערכת המסת חומרים; כאשר הטמפרטורה התגובה מוגדר ב 125 מעלות צלזיוס, התגובה רדיקלים חופשיים מעוכבת, כמות גדולה של הו קיים במערכת, מה שהופך את המערכת מתאימה הלבנת19.
Protocol
Representative Results
Discussion
ההגדרה של Mg(OH)2 החלפת וקצב התגובה הטמפרטורה היה נקודת מפתח של פרוטוקול זה. קצב החלפת2 Mg(OH) יכול להשפיע על ערך ה-pH וכך יכולת חמצון של פתרון degumming. שיעור החלפת2 Mg(OH) הטוב ביותר עבור רמי degumming היה 20%, כי תאית לא יכול לקבל מספיק הגנה תחת קצב החלפת מתחת 20%, כמות מוגזמת של החניכיים שיורי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תגייס קרן עבור סין חקלאות מחקר מערכת באסט, עלה סיבים יבולים (גרנט מספר מכוניות-19), סין החקלאית מהאקדמיה של פרוייקט חדשנות טכנולוגית (גרנט מספר ASTIP-IBFC07), הקרן חדשנות עבור סטודנטים לתואר שני באוניברסיטה דונגחואה (מענק מספר 16D 310107), ‘שיאו-פינג מדע וטכנולוגיה חדשנות הקבוצה’ (ה תיעוש משולב קבוצה R & D של באסט סיבים ביולוגיים degumming), סין מלגת מועצה.
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).
