הפסלים Microhoneycomb שהוכנו על ידי ליופיליזציה חד כיווני של Nanofiber תאית מבוססת Sols: שיטת והרחבות
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כללי כדי להכין מגוון הפסלים microhoneycomb (MHMs) ב איזה נוזל יכול לעבור דרך עם טיפה בלחץ נמוך מאוד. MHMs שהושג צפויים לשמש מסננים, זרז תומך, זרימה מסוג אלקטרודות, חיישנים, פיגומים עבור biomaterials.
Abstract
מבנים חלת דבש מונוליטי היה אטרקטיבי לשדות רב תחומיים בשל יחס חוזק למשקל גבוה שלהם. במיוחד, הפסלים microhoneycomb (MHMs) עם סרגל מיקרומטר ערוצים צפויים כמו פלטפורמות יעילות תגובות והפרדות בגלל שלהם פני שטחים גדולים. עד עכשיו, MHMs הוכנו על ידי שיטה חד-כיוונית ליופיליזציה (UDF) רק מ מבשרי מוגבלת מאוד. במסמך זה, אנו מדווחים על פרוטוקול שממנו ניתן להשיג סדרה של MHMs המורכב מרכיבים שונים. לאחרונה, מצאנו את הפונקציה nanofibers תאית כסוכן ברורים הבימוי מבנה לקראת היווצרות של MHMs לאורך התהליך UDF. על ידי ערבוב של nanofibers תאית עם חומרים מסיסים במים שלא עונות MHMs, ניתן להכין מגוון רחב של MHMs ללא הפרדות צבע. זה מעשיר באופן משמעותי חוקת כימי MHMs לכיוון מיכלים.
Introduction
כחומר חדש לגמרי, microhoneycomb מונולית (מסומן MHM) לאחרונה משכה תשומת לב אדירה בין שדות רב תחומי1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. MHM הוכן לראשונה על ידי Mukai ס’ ואח . באמצעות ששונה חד כיווני ליופיליזציה (UDF) גישה כמו מונולית עם מערך של microchannels ישר עם דמוי חלת דבש חתכי רוחב9. MHM הנו ליתרונות הכלליים של מבנים חלת דבש, קרי, פסיפס יעיל, יחס חוזק למשקל גבוה, לחץ נמוך. יתרה מכך, לעומת המונולית חלת דבש עם מידה ערוץ גדול יותר, MHM יש הרבה שטח פנים גדול יותר ספציפי. השיטה UDF כרוך בצמיחה חד כיווני של גבישי קרח והפרדה שלב בו זמנית על הקפאה. לאחר הסרת גבישי הקרח, מתקבל רכיב מוצק יצוק על ידי הקריסטל קרח. המורפולוגיה שהוקמה על ההפרדה שלב תלוי באופי מהותי של מבשר (סול או ג’ל), ברוב המקרים, lamella10, סיבים11, עצם דג12 מבנים צפויים להקים במקום MHMs. כתוצאה מכך, היווצרות של MHMs דווחה רק ב מבשרי מוגבל, זה משמעותי יש הקשו המגוון של רכושם כימי. לאחרונה גילינו כי תאית nanofibers יש פונקציה הבימוי מבנה חזק לקראת הקמת המבנה MHM דרך תהליך UDF13. פשוט על ידי ערבוב של nanofibers תאית עם רכיבים אחרים של מים מסיסות, זה אפשרי להכין מגוון של MHMs עם מאפיינים כימיים שונים. יתר על כן, הערוץ הגדלים והצורות החיצוני שלהם הם בגמישות ובנוחות מבוקרת13. לפיכך, MHMs צפויים לשמש מסננים, תומך זרז, זרימה מסוג אלקטרודות, חיישנים, פיגומים biomaterials.
בנייר זה, קודם נסביר את הטכניקה הכנה בסיסית של MHMs הפיזור מימית של תאית nanofibers לאורך התהליך UDF בפירוט. יתר על כן, נדגים הכנת סוגים שונים של MHMs ללא הפרדות צבע.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלב הקריטי ביותר להשגת את MHMs הוא הצעד מקפיא חד כיווני, במהלך מים עפור יוצרים גבישי קרח טורי ולדחוף את dispersoid הצידה כדי ליצור את המסגרת. תהליך ההקפאה חד כיווני בעיקרון כרוך העברה תרמית בין סול מבשר את הקירור. ההתקנה שלנו, מכונת וטבלו שימשה להוספת צינור PP המכיל של סול קודמן לתוך הקירור (חנקן נ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הלאומי בסיסי מחקר תוכנית של סין (2014CB932400), הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (‘ קט ‘ 51525204 ו- U1607206) פרוייקט מחקר בסיסי שנג’ן (מס ‘ JCYJ20150529164918735). בנוסף, ברצוננו להודות בע מ Daicel-Allnex, JSR ושות’ פוליאוריתנים המספקת בחביבות, קצף טבעי, בהתאמה.
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).
