Microhoneycomb Monolithen vorbereitet durch die unidirektionale Gefriertrocknung von Zellulose Nanofaser basierte Sols: Methode und Erweiterungen
Summary
Hier präsentieren wir Ihnen ein allgemeines Protokoll um eine Vielzahl von Microhoneycomb Monolithen (MHMs) vorzubereiten, in welche Flüssigkeit mit einem extrem niedrigen Druckverlust passieren kann. MHMs erhalten sollen als Filter verwendet werden, Katalysator unterstützt, Bewegungsart Elektroden, Sensoren und Gerüste für Biomaterialien.
Abstract
Monolithische Wabenstrukturen für multidisziplinäre Felder aufgrund ihrer hohen Stärke-zugewicht Verhältnis attraktiv gewesen. Insbesondere dürften Microhoneycomb Monolithen (MHMs) mit Mikrometer-Skala Kanäle als effiziente Plattformen für Reaktionen und Trennungen wegen ihrer großen Flächen. Bis jetzt wurden MHMs durch eine unidirektionale Gefriertrocknung (UDF) Methode nur von sehr begrenzter Vorläufer vorbereitet. Hier berichten wir über ein Protokoll, das eine Reihe von MHMs bestehend aus verschiedenen Komponenten entnommen werden kann. Vor kurzem fanden wir, dass Cellulose-Nanofasern-Funktion als eindeutige Struktur Regie Agent zur Bildung von MHMs durch den UDF-Prozess. Durch die Vermischung der Cellulose-Nanofasern mit Wasser lösliche Stoffe, die nicht MHMs nachgeben, kann eine Vielzahl von zusammengesetzten MHMs vorbereitet werden. Das bereichert deutlich die chemische Zusammensetzung des MHMs für vielseitige Anwendungen.
Introduction
Als brandneues Material hat Microhoneycomb Monolith (bezeichnet MHM) vor kurzem erregt große Aufmerksamkeit von multidisziplinären Bereichen1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. the MHM wurde zuerst von S. Mukai Et Al. durch einen modifizierten unidirektional Gefriertrocknung (UDF) Ansatz als Monolith mit einer Reihe von geraden Mikrokanäle mit wabenartigen Querschnitte9vorbereitet. MHM besitzt die allgemeinen Vorteile von Wabenstrukturen, d.h.effiziente tesselation, hohen Stärke-zugewicht Verhältnis und geringen Druckverlust. Darüber hinaus hat die MHM verglichen mit der Waben Monolith mit einer größeren Kanal, eine viel größere spezifische Oberfläche. Die UDF-Methode beinhaltet das unidirektionale Wachstum von Eiskristallen und gleichzeitige Phasentrennung beim Einfrieren. Nach dem Entfernen der Eiskristalle erhält man eine feste Komponente durch den Eiskristall geformt. Die Morphologie der Phasentrennung gebildet richtet sich nach der Beschaffenheit des Vorläufers (Sol oder Gel) und in den meisten Fällen, Lamelle10, Faser11, und Fishbone12 Strukturen dürften, anstatt die MHMs zu bilden. Infolgedessen nur in begrenzten Vorläufer wurde die Bildung von MHMs berichtet, und dies hat die Vielfalt ihrer chemischen Eigenschaften wesentlich beeinträchtigt. Wir haben vor kurzem festgestellt, dass Cellulose-Nanofasern haben eine starke Struktur Regie Funktion in Richtung bilden die MHM-Struktur durch die UDF-Prozess-13. Einfach durch das Mischen der Cellulose-Nanofasern mit anderen Wasser dispergierbar Komponenten, ist es möglich, eine Vielzahl von MHMs mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften vorzubereiten. Darüber hinaus sind ihre äußeren Formen und Kanal Größen flexibel und einfach kontrollierten13. So sollen MHMs als Katalysator unterstützt, Bewegungsart Elektroden, Sensoren, Filter und Gerüste für Biomaterialien verwendet werden.
In diesem Beitrag erläutern wir zunächst die grundlegende Vorbereitung Technik der MHMs aus der wässrigen Dispersion von Cellulose-Nanofasern durch den UDF-Prozess im Detail. Darüber hinaus zeigen wir die Zubereitung von verschiedene Arten von zusammengesetzten MHMs.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der wichtigste Schritt zur Erreichung der MHMs ist der unidirektionalen Einfrieren Schritt, bei denen Wasser erstarrt zu bilden Säulenartige Eiskristalle und drücken Sie die Dispersoid zur Seite, um den Rahmen bilden. Die unidirektionale Gefrierprozess umfasst im wesentlichen Wärmeübertragung zwischen der Vorläufer-Sol und das Kühlmittel. In unserem Setup war eine Dipp Maschine benutzt, um ein PP-Röhrchen mit einem Vorläufer-Sol in das Kühlmittel (flüssiger Stickstoff) mit einer konstanten Geschwindigkeit einf?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde vom National Basic Research Program of China (2014CB932400), National Natural Science Foundation of China (Nr. 51525204 und U1607206) und Shenzhen grundlegende Forschungsprojekt (Nr. unterstützt. JCYJ20150529164918735). Darüber hinaus möchten wir Daicel Allnex Ltd. und JSR Co. freundlicherweise liefert Polyurethane und Styrol-Butadien-Kautschuk, bzw. danken.
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 |
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