Summary

استخراج الألياف الرامي في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج

Published: February 06, 2018
doi:

Summary

قدم هنا بروتوكول لاستخراج الألياف الرامي في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج.

Abstract

هذا البروتوكول يوضح طريقة لاستخراج الألياف الرامي التي تجوب رامي الخام في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي يدعمها مصدر قلوي تسيطر الإفراج. الألياف المستخرجة من رامي نوع من مواد المنسوجات ذات أهمية كبيرة. في دراسات سابقة، تم استخراج الألياف الرامي في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي تدعمها فقط هيدروكسيد الصوديوم. ومع ذلك، سبب القلوية القوية من هيدروكسيد الصوديوم، سرعة تفاعل أكسدة من بيروكسيد الهيدروجين يصعب التحكم وبالتالي أدت إلى أضرار كبيرة للألياف المعالجة. في هذا البروتوكول، يستخدم مصدر قلوي تسيطر الإفراج، التي تتألف من هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد المغنسيوم، لتوفر شرط قلوي والمخزن المؤقت قيمة pH بيروكسيديسيستيم الهيدروجين القلوية. معدل استبدال هيدروكسيد المغنسيوم يمكن ضبط قيمة الأس الهيدروجيني للنظام فوق أكسيد الهيدروجين، وله تأثير كبير على خصائص الألياف. قيمة الرقم الهيدروجيني والأكسدة والاختزال (ORP) القيمة المحتملة، التي تمثل قدرة أكسدة النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين، وتم رصد استخدام مقياس الأس الهيدروجيني و ORP متر، على التوالي. يتم اختبار المحتوى المتبقية من بيروكسيد الهيدروجين في النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين أثناء عملية الاستخراج وقيمة الطلب على الأوكسجين الكيميائي (COD) من مياه الصرف الصحي بعد استخراج الألياف بطريقة المعايرة4 كمنو. يتم قياس عائد الألياف استخدام موازين إلكترونية دقة، واللثة المتبقية من الألياف يتم اختبارها باستخدام أسلوب تحليل الكيميائي. يتم اختبار درجة بلمرة الألياف (قيمة المشتريات) بطريقة لزوجة مضمن باستخدام فيسكوميتير أوبيلوهدي. يتم قياس الخاصية الشد من الألياف، بما في ذلك الإصرار واستطالة، وتمزق، استخدام أداة قوة ألياف. تحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء وحيود الأشعة السينية المستخدمة لوصف المجموعات الوظيفية والممتلكات كريستال من الألياف. ويثبت هذا البروتوكول أن المصدر القلوي تسيطر الإفراج يمكن تحسين خصائص الألياف المستخرجة في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوية.

Introduction

رامي، المعروف ‘الصين العشب’ هو عشب معمرة الألياف التي يمكن أن تستخدم مادة ممتازة لصناعة المنسوجات1،2. وواحد من المحاصيل الاقتصادية الرئيسية الأصلية إلى الصين؛ وقد استأثرت إنتاج الرامي في الصين أكثر من 90% العائد الإجمالي في العالم1،2. ألياف الرامي واحد من الألياف النباتية أقوى وأطول، لامع مع3،مظهر حريري تقريبا4. مدة طويلة لألياف الرامي تجعلها مناسبة للغزل الألياف واحدة، التي نادراً ما ينظر في ألياف اللحاء. المنسوجات المصنوعة من ألياف الرامي تمتلك العديد من الخصائص الممتازة، مثل رباطة جأش، الموصلية الحرارية المضادة للبكتيريا، وممتازة، والتهوية، إلخ3،4

السليولوز هو المكون الرئيسي لألياف الرامي، والمكونات الأخرى في الرامي، مثل البكتين، اللجنين، والمواد القابلة للذوبان المياه، تعرف بأنها اللثة5،6. ويمكن استخراج الألياف الرامي بتذويب اللثة في محلول يحتوي على الكواشف الكيميائية، في عملية تعرف بأنها الصمغية5،6. توجد أساسا نهجان لاستخراج الألياف الرامي: الصمغية الكيميائية والبيولوجية الصمغية. استهلاك الطاقة واستهلاك الوقت، وسمك القد القيمة للمياه العادمة الصمغية الصمغية الكيميائية التقليدية مرتفعة بدلاً من ذلك، السليلوز يتم استخراج الألياف التي تجوب رامي الخام في تركيز هيدروكسيد الصوديوم تحت ضغط عال 6 إلى 8 ح7،8 . وبدلاً من ذلك، الصمغية الحيوي خيار الصديقة للبيئة لاستخراج الألياف الرامي. ومع ذلك، حالة رد فعل قاسية ومعدات متطورة تمنع9،المزيد من التطبيقات الصناعية10. ولذلك، أكسدة الصمغية مع بيروكسيد الهيدروجين والقلويات ويعرض قيماً وتطبيق بديل للتركيز على، لأنه يتطلب الوقت الصمغية أقصر وأقل الصمغية درجة الحرارة11،12. ومع ذلك، نظراً لقدرة أكسدة قوية الأكاسيد الفوقية، قد يحدث تدهور السليلوز كبيرة أثناء عملية ديجومينج، التي يمكن أن تسبب ضررا كبيرا للألياف خصائص13،14. وهذا أكبر عيب القلوي الصمغية أكسدة بيروكسايد لرامي.

في دراسات سابقة، تم استخراج الألياف الرامي في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوي تدعمها هيدروكسيد الصوديوم15فقط. ومع ذلك، سبب القلوية القوية من هيدروكسيد الصوديوم، سرعة تفاعل أكسدة من بيروكسيد الهيدروجين يصعب التحكم وبالتالي أدت إلى أضرار كبيرة ل الألياف المعالجة7. تحسين خصائص ألياف الرامي، مصدر قلوي تسيطر الإفراج، التي تتألف من هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد المغنسيوم، هو المستخدمة في هذه الدراسة إلى توفر شرط قلوي والمخزن المؤقت قيمة pH قلوي بيروكسيد الهيدروجين النظام16 , 17.

ويمكن وصف الأساس المنطقي لهذه التكنولوجيا على النحو التالي. هيدروكسيد المغنسيوم قليل الذوبان في الماء المقطر، ويمكن أن يحل تدريجيا في المحلول ديجومينج مع استهلاك يا والحفاظ على قيمة الأس الهيدروجيني وهكذا قدرة أكسدة الحل الصمغية في نطاق مناسب18. معدل الإحلال (SR) هيدروكسيد المغنسيوم يعرف نسبة الخلد هيدروكسيد الصوديوم محلها هيدروكسيد المغنسيوم تحت الجرعة القلوي الكلي بنسبة 10%، ويمكن حساب معدل الإحلال بالمعادلة التالية. وعلاوة على ذلك، Mg2 + يمكن أن يمنع السليلوز التدهور الناجم عن أكثر من أكسدة19،20.

Equation 1

هنا، م2 (ز) هو وزن Mg(OH)2م1 (ز) هو الوزن من هيدروكسيد الصوديوم، 40 هو الوزن الجزيئي من هيدروكسيد الصوديوم، 58 هو الوزن الجزيئي Mg(OH)2، 2 هو العدد للصحة والسلامة المهنيتين في Mg(OH)2وريال هو معدل الإحلال.

ويمكن تمديد التكنولوجيا من هذا البروتوكول إلى استخراج وتبيض، وتعديل المواد النباتية في نظام بيروكسيد الهيدروجين قلوية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن اختيار درجة الحموضة القيمة ورد فعل درجة حرارة النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين هو المفتاح لهذه التكنولوجيا21. يمكن ضبط قيمة pH النظام القلوي فوق أكسيد الهيدروجين عن طريق تغيير معدل استبدال17. قيمة الأس الهيدروجيني وأكسدة قدرة النظام القلوي بيروكسيد الهيدروجين وبالتالي ينخفض مع زيادة معدل الإحلال. عندما يتم تعيين درجة الحرارة رد فعل على 85 درجة مئوية، رد فعل الراديكالية الحرة تلعب الدور الرئيسي في النظام وأكسدة قوية للنظام مناسب تذويب المواد؛ عندما يتم تعيين درجة الحرارة رد فعل في 125 درجة مئوية، تحول دون رد فعل الراديكالية الحرة وكمية كبيرة من هوو موجود في النظام، مما يجعل هذا النظام مناسب للتبييض19.

Protocol

1-أكسدة الصمغية من الرامي إعداد أكسدة الصمغية الحل حل ز 2 ح2س2ز 1 القلوي (خليط من Mg(OH)2 وهيدروكسيد الصوديوم)، 0.4 غ غ5ف3س10، انثراكينون ز 0.1 وز 0.2 حدب في الماء 100 مل المقطر لجعل الحل ديجومينج. أكسدة الصمغية من الرامي <li…

Representative Results

درست أن القابلية للذوبان في Mg(OH)2 في الماء المقطر والحل الصمغية (الشكل 1). تم اختبار تأثير معدل استبدال2 Mg(OH) على قيمة الأس الهيدروجيني وقيمة ORP (الشكل 2) لحل ديجومينج. الصمغية الغلة واللثة المتبقية من الألياف ديجوميد تحت Mg(OH) مختلفة…

Discussion

تحديد Mg(OH)2 استبدال معدل رد فعل درجة الحرارة وهو النقطة الأساسية لهذا البروتوكول. يمكن أن تؤثر Mg(OH)2 معدل استبدال قيمة الأس الهيدروجيني ومن ثم القدرة على أكسدة الصمغية الحل. كان معدل استبدال2 Mg(OH) أفضل لرامي الصمغية 20%، السليولوز يتعذر تلقي حماية كافية تحت معدل استبدال أقل م?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

أيد هذا العمل تخصيص تمويل “نظام البحوث الزراعية الصين” اللحاء و “أوراق محاصيل الألياف” (منحة عدد السيارات-19)، و “الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية” و “التكنولوجيا الابتكار المشروع” (المنحة رقم أستيب-IBFC07)، صندوق الابتكار لطلاب الدراسات العليا في جامعة دونغهوا (منح رقم 16 د 310107)، ‘فريق شياو بينغ تسخير العلم والتكنولوجيا للابتكار’ (التصنيع المتكاملة مجموعة البحث والتطوير من ألياف اللحاء الصمغية البيولوجية)، “مجلس المنح الدراسية الصيني”.

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

Riferimenti

  1. 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).
  2. Kipriotis, E., Heping, X., Vafeiadakis, T. Ramie and kenaf as feed crops. Ind Crop Prod. 68, 126-130 (2015).
  3. Rebenfeld, L. Fiber: the old and the new. J Text Inst. 92, 1-9 (2001).
  4. 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).
  5. Yu, H. Q., Yu, C. W. Influence of various retting methods on properties of kenaf fiber. J Text Inst. 101 (5), 452-456 (2010).
  6. 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).
  7. Liu, G. L. . Research on the application of sodium percarbonate the degumming of ramie. , (2013).
  8. Meng, C. R., Yu, C. W. Study on oxidation degumming of ramie fiber. Adv Mater Res. , 881-883 (2014).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Li, Z. L., Yu, C. W. Effect of peroxide and softness modification on properties of ramie fiber. Fiber Polym. 15, 2105-2111 (2014).
  12. 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).
  13. Xueren, Q. . Green bleaching technologies of pulp. , (2008).
  14. Erkselius, S., Karlssom, O. J. Free radical degradation of hydroxyethy cellulose. Carbohydr Polym. 62, 344-356 (2005).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Yun, N. . Studies on magnesium-based hydrogen peroxide bleaching and mechanisms of deinked pulp. , (2014).
  18. Zhang, W., Kong, F. Replacement of sodium peroxide bleaching by magnesium-based peroxide bleaching for pulp. Paper Sci Technol. 29, 25-28 (2010).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

Play Video

Citazione di questo articolo
Meng, C., Li, Z., Wang, C., Yu, C., Bi, X., Wang, S. Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source. J. Vis. Exp. (132), e56461, doi:10.3791/56461 (2018).

View Video