Estrazione della fibra Ramie nel sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall'origine di rilascio controllato alcali
Summary
Presentato qui è un protocollo per l’estrazione della fibra di ramiè in sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall’origine di rilascio controllato dell’alcali.
Abstract
Questo protocollo viene illustrato un metodo per l’estrazione della fibra del ramiè tramite strofinamento ramiè greggio in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato da una fonte di rilascio controllato dell’alcali. La fibra estratta da Ramia è un tipo di materiale tessile di grande importanza. Negli studi precedenti, fibra di ramiè è stata estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato solo da idrossido di sodio. Tuttavia, a causa della forte alcalinità di idrossido di sodio, la velocità di reazione di ossidazione del perossido di idrogeno era difficile da controllare e quindi ha provocato gravi danni alla fibra trattata. In questo protocollo, una fonte di rilascio controllato dell’alcali, che si compone di idrossido di sodio e idrossido di magnesio, viene utilizzata per fornire una condizione di alcali e il valore di pH di peroxidesystem di idrogeno l’alcali del buffer. Il tasso di sostituzione di idrossido di magnesio può regolare il valore di pH del sistema perossido di idrogeno e ha grande influenza sulle proprietà della fibra. Il valore pH e valore potenziale ossido-riduzione (ORP), che rappresenta la capacità di ossidazione del sistema del perossido di idrogeno di alcali, sono stati monitorati usando un misuratore di pH e tester ORP, rispettivamente. Il contenuto di perossido di idrogeno residuo del sistema di perossido di idrogeno di alcali durante il processo di estrazione e il valore di domanda chimica di ossigeno (COD) delle acque di scarico dopo l’estrazione della fibra sono testati da KMnO4 metodo di titolazione. La resa della fibra viene misurata utilizzando una bilancia elettronica di precisione, e le gomme residue di fibra sono testate da un metodo di analisi chimica. Il grado di polimerizzazione (valore PD) di fibra è testato con un metodo di viscosità intrinseca usando il viscosimetro di Ubbelohde. La proprietà a trazione della fibra, tra cui tenacia, allungamento e la rottura, viene misurata utilizzando uno strumento di resistenza della fibra. Trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa e diffrazione dei raggi x sono utilizzati per caratterizzare le gruppi funzionali e cristallo della fibra. Questo protocollo dimostra che la fonte di rilascio controllato alcali può migliorare le proprietà della fibra estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali.
Introduction
Ramiè, comunemente noto come ‘Erba della Cina’ è una pianta perenne cui fibra può essere utilizzata come un materiale eccellente per l’industria tessile1,2. È una delle principali colture economiche originaria della Cina; la produzione di ramiè in Cina ha rappresentato per oltre il 90% del rendimento totale nel mondo1,2. Fibra di ramiè è una delle fibre vegetali più forte e più lunga, brillante con un aspetto quasi setoso3,4. La lunga durata della fibra ramie lo rendono adatto per la filatura di singola fibra, che è raramente visto in fibra di rafia. Il tessuto fatto da fibra di ramiè possiede molte proprietà eccellente, come freschezza, antibatterico, eccellente conducibilità termica, ventilazione, ecc.3,4
La cellulosa è il componente principale delle fibre di ramiè, e gli altri componenti in ramiè, quali pectina, lignina, sostanze solubili in acqua, sono definiti come gengive5,6. Fibra di ramiè possa essere estratti dalla dissoluzione delle gengive in soluzione contenente reagenti chimici, in un processo definito come sgommatura5,6. Esistono principalmente due approcci di estrazione della fibra ramie: sgommatura chimica e bio-sgommatura. Il consumo di energia, consumo di tempo e COD valore di sgommatura delle acque reflue nella sgommatura chimici tradizionali è piuttosto alta, come cellulosa fibra viene estratta tramite strofinamento ramiè greggio in NaOH concentrato sotto alta pressione da 6 a 8 h7,8 . In alternativa, bio-sgommatura è una scelta eco-friendly per l’estrazione della fibra del ramiè. Tuttavia, la reazione dura condizione e sofisticate apparecchiature di inibire il suo ulteriore applicazione industriale9,10. Di conseguenza, sgommatura ossidazione con perossido di idrogeno di alcali presenta un prezioso e applicazione alternativa a concentrarsi, per esso richiede tempi di sgommatura e inferiore sgommatura temperatura11,12. Tuttavia, grazie alla capacità di forte ossidazione dei perossidi, degrado sostanziale cellulosa può verificarsi durante il processo di sgommatura, che può causare gravi danni al fibra proprietà13,14. Questo è il più grande svantaggio di alcali ossidazione perossido sgommatura di ramiè.
Negli studi precedenti, fibra di ramiè è stata estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato solo da idrossido di sodio15. Tuttavia, a causa della forte alcalinità di idrossido di sodio, la velocità di reazione di ossidazione del perossido di idrogeno era difficile da controllare e quindi ha provocato gravi danni alla fibra trattata7. Per migliorare le proprietà della fibra di ramiè, una fonte di rilascio controllato dell’alcali, che si compone di idrossido di sodio e idrossido di magnesio, viene utilizzata in questo studio per offrire una condizione di alcali e memorizza nel buffer il valore di pH di alcali ossigenata sistema16 , 17.
La logica dietro questa tecnologia può essere descritto come segue. Idrossido di magnesio è leggermente solubile in acqua distillata, e può sciogliere gradualmente nella sgommatura soluzione con il consumo di OH– e mantenere il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione di sgommatura soluzione in un’appropriata gamma di18. Il tasso di sostituzione (SR) di idrossido di magnesio è definito come la percentuale di mole di NaOH sostituito da idrossido di magnesio sotto il dosaggio totale dell’alcali del 10% e il tasso di sostituzione può essere calcolato dalla seguente equazione. Inoltre, Mg2 + può prevenire il degrado di cellulosa causato dalla ossidazione19,20.
Qui, M.2 (g) è il peso del Mg(OH)2, M1 (g) è il peso di NaOH, 40 è il peso molecolare di NaOH, 58 è il peso molecolare di Mg(OH)2, 2 è il numero di OHs in Mg(OH)2e SR è il tasso di sostituzione.
La tecnologia del presente protocollo può essere esteso per l’estrazione, candeggio e modifica dei materiali vegetali in un sistema di perossido di idrogeno di alcali. Tuttavia, si deve constatare che la selezione della temperatura di reazione e valore pH dell’apparato di perossido di idrogeno di alcali è la chiave per questa tecnologia21. Il valore di pH dell’apparato di perossido di idrogeno di alcali può essere regolato modificando il tasso di sostituzione17. Il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione dell’apparato di perossido di idrogeno di alcali diminuiscono con l’aumentare del tasso di sostituzione. Quando la temperatura di reazione è impostata a 85 ° C, la reazione del radicale libero svolge il ruolo principale nel sistema e il forte ossidazione del sistema è adatto per la dissoluzione del materiale; Quando la temperatura di reazione è impostata a 125 ° C, la reazione del radicale libero è inibita e una grande quantità di HOO esiste nel sistema, che rende il sistema adatto per candeggio19.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’impostazione della temperatura di tasso e reazione di sostituzione del2 del Mg(OH) fu il punto chiave del presente protocollo. Tasso di sostituzione di2 mg(Oh) possa influenzare il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione della soluzione sgommatura. Il miglior tasso di sostituzione di2 Mg(OH) per la sgommatura della ramia era 20%, perché la cellulosa non può ricevere una protezione sufficiente sotto un tasso di sostituzione inferiore al 20%, e una quantità eccessiva di resi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da finanziare lo stanziato per il sistema di ricerca di Cina l’agricoltura per Bast e colture di fibra foglia (concessione numero automobili-19), The Cina Accademia di scienze agrarie e progetto di innovazione tecnologica (concessione numero ASTIP-IBFC07), il fondo per l’innovazione per gli studenti laureati in università Donghua (concessione numero 16D 310107), il ‘Xiaoping science and technology innovation team’ (industrializzazione integrato gruppo R & D di bast fibra biologica sgommatura), Cina Scholarship Council.
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).
