Monólitos de Microhoneycomb preparados pela liofilização unidirecional de nanofibras de celulose com base Sols: método e extensões
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo geral para preparar uma variedade de monólitos de microhoneycomb (MHMs) no qual o fluido pode passar com uma queda de pressão extremamente baixa. MHMs obtidos são esperados para ser usados como filtros, catalisador suporta, eletrodos tipo de fluxo, sensores e andaimes para biomateriais.
Abstract
Estruturas monolíticas do favo de mel tem sido atraentes para campos multidisciplinares devido a sua alta proporção de força-à-peso. Particularmente, microhoneycomb monólitos (MHMs) com canais de micrômetro-escala são esperados como plataformas eficientes para reações e separações por causa de suas grandes áreas de superfície. Até agora, MHMs foram preparadas por um método de liofilização (UDF) unidirecional apenas a partir de precursores muito limitados. Neste documento, nós relatamos um protocolo a partir do qual uma série de MHMs consistindo de diferentes componentes pode ser obtida. Recentemente, encontramos essa função de nanofibras de celulose como agente de estrutura-direcionando distinto no sentido da formação de MHMs através do processo UDF. Misturando as nanofibras de celulose com substâncias solúveis de água que não rendem MHMs, uma variedade de MHMs compostos pode ser preparada. Isto enriquece significativamente a constituição química dos MHMs para aplicações versáteis.
Introduction
Como um material novinho em folha, microhoneycomb monólito (denotado por MHM) recentemente atraiu tremenda atenção multidisciplinar campos1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8. the MHM primeiro foi preparado por Mukai S. et al . através de uma abordagem unidirecional de liofilização (UDF) modificado como um monolito com uma matriz de microcanais reta com seções transversais de favo de mel9. MHM possui as vantagens gerais de estruturas de favo de mel, ou seja, mosaico eficiente, alta relação resistência-peso e queda de pressão baixa. Além disso, comparado com o monolito de favo de mel com um tamanho maior do canal, a MHM tem uma muito maior área de superfície específica. O método UDF envolve o crescimento unidirecional de cristais de gelo e separação de fases simultâneas sobre congelamento. Após a remoção dos cristais de gelo, é obtido um componente sólido moldado pelo cristal de gelo. A morfologia formada após a separação de fase depende da natureza intrínseca do precursor (sol ou gel) e na maioria dos casos, lamela10, fibra11e fishbone12 estruturas são susceptíveis de formar em vez dos MHMs. Como resultado, a formação de MHMs tem sido relatada apenas em precursores limitadas, e isto significativamente tem dificultado a diversidade das suas propriedades químicas. Recentemente descobrimos que nanofibras de celulose têm uma função forte estrutura-direcionando para formar a estrutura MHM através do processo UDF13. Simplesmente pela mistura de nanofibras de celulose com outros componentes dispersáveis em água, é possível preparar uma variedade de MHMs com propriedades químicas diferentes. Além disso, suas formas exteriores e tamanhos de canal são13de forma flexível e facilmente controlada. Assim, MHMs são esperados para ser usado como filtros, catalisador suporta, eletrodos tipo de fluxo, sensores e andaimes para biomateriais.
Neste trabalho, nós primeiro explicar a técnica de preparação básica de MHMs de dispersão aquosa de nanofibras de celulose através do processo UDF em detalhe. Além disso, demonstramos a preparação de vários tipos diferentes de compostos MHMs.
Protocol
Representative Results
Discussion
O passo mais crítico para alcançar os MHMs é a etapa de congelamento unidirecional, durante que a água se solidifica para formar cristais de gelo colunar e aperte a dispersoid lado para formar o quadro. O processo de congelação unidirecional basicamente envolve transferência térmica entre o sol do precursor e o líquido de arrefecimento. Em nossa configuração, uma máquina de imersão foi usada para inserir um tubo PP, contendo um sol de precursor para o refrigerante (nitrogênio líquido), com uma velocidade c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo nacional pesquisa básica programa da China (2014CB932400), Nacional Natural Science Foundation da China (n º s 51525204 e U1607206) e projeto de pesquisa básica de Shenzhen (n. º JCYJ20150529164918735). Também, gostaríamos de agradecer a Daicel-Allnex Ltd. e co. JSR gentilmente forneceu poliuretanos e borracha de butadieno estireno, respectivamente.
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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