Usuli wa Utafiti
Kama rasilimali asilia, tele na inayoweza kurejeshwa, selulosi hukumbana na changamoto kubwa katika matumizi ya vitendo kutokana na sifa zake za kutoyeyuka na umumunyifu mdogo.Vifungo vya juu vya fuwele na msongamano wa juu wa hidrojeni katika muundo wa selulosi huifanya kuharibika lakini isiyeyuke wakati wa mchakato wa kumiliki, na kutoyeyuka katika maji na vimumunyisho vingi vya kikaboni.Viingilio vyake huzalishwa na esterification na etherification ya vikundi vya hidroksili kwenye vitengo vya anhydroglucose kwenye mnyororo wa polima, na vitaonyesha baadhi ya sifa tofauti ikilinganishwa na selulosi asilia.Mwitikio wa etherification wa selulosi unaweza kuzalisha etha nyingi za selulosi mumunyifu katika maji, kama vile methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) na hydroxypropyl cellulose (HPC), ambazo hutumiwa sana katika chakula, vipodozi, katika dawa na dawa.CE mumunyifu katika maji inaweza kutengeneza polima zilizounganishwa na hidrojeni na asidi ya polycarboxylic na polyphenoli.
Mkutano wa safu kwa safu (LBL) ni njia madhubuti ya kuandaa filamu nyembamba za mchanganyiko wa polymer.Ifuatayo hasa inaelezea mkusanyiko wa LBL wa CEs tatu tofauti za HEC, MC na HPC na PAA, inalinganisha tabia ya mkusanyiko wao, na kuchanganua ushawishi wa vibadala kwenye mkusanyiko wa LBL.Chunguza athari ya pH kwenye unene wa filamu, na tofauti tofauti za pH kwenye uundaji na uyeyushaji wa filamu, na utengeneze sifa za ufyonzaji wa maji za CE/PAA.
Nyenzo za Majaribio:
Asidi ya Polyacrylic (PAA, Mw = 450,000).Mnato wa 2wt.% mmumunyo wa maji wa hidroxyethylcellulose (HEC) ni 300 mPa·s, na kiwango cha uingizwaji ni 2.5.Methylcellulose (MC, mmumunyo wa maji wa 2wt.% na mnato wa 400 mPa·s na kiwango cha uingizwaji wa 1.8).Selulosi ya Hydroxypropyl (HPC, mmumunyo wa maji wa 2wt.% na mnato wa 400 mPa·s na kiwango cha uingizwaji wa 2.5).
Maandalizi ya filamu:
Imetayarishwa na kusanyiko la safu ya kioo kioevu kwenye silicon ifikapo 25°C.Njia ya matibabu ya matrix ya slaidi ni kama ifuatavyo: loweka kwenye mmumunyo wa tindikali (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) kwa dakika 30, kisha suuza na maji yaliyotolewa mara kadhaa hadi pH iwe neutral, na hatimaye kavu na nitrojeni safi.Mkutano wa LBL unafanywa kwa kutumia mashine moja kwa moja.Substrate ililowekwa kwa njia mbadala katika myeyusho wa CE (0.2 mg/mL) na myeyusho wa PAA (0.2 mg/mL), kila myeyusho ulilowekwa kwa dakika 4.Loweka tatu za suuza za dakika 1 kila moja kwenye maji yaliyotenganishwa zilifanywa kati ya kila myeyusho ili kuondoa polima iliyounganishwa bila kuunganishwa.Thamani za pH za myeyusho wa kusanyiko na mmumunyo wa kusuuza zote zilirekebishwa hadi pH 2.0.Filamu zilizotayarishwa hubainishwa kama (CE/PAA)n, ambapo n inaashiria mzunguko wa mkusanyiko.(HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 na (HPC/PAA)30 zilitayarishwa zaidi.
Tabia ya Filamu:
Maonyesho ya karibu ya kawaida yalirekodiwa na kuchambuliwa kwa NanoCalc-XR Ocean Optics, na unene wa filamu zilizowekwa kwenye silicon ulipimwa.Kwa usuli tupu wa silicon, wigo wa FT-IR wa filamu nyembamba kwenye substrate ya silicon ulikusanywa kwenye spectrometa ya infrared ya Nicolet 8700.
Mwingiliano wa dhamana ya hidrojeni kati ya PAA na CEs:
Kukusanya HEC, MC na HPC pamoja na PAA kuwa filamu za LBL.Mwonekano wa infrared wa HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA umeonyeshwa kwenye mchoro.Ishara kali za IR za PAA na CES zinaweza kuzingatiwa kwa uwazi katika mwonekano wa IR wa HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA.Mtazamo wa FT-IR unaweza kuchanganua uchanganyaji wa dhamana ya hidrojeni kati ya PAA na CES kwa kufuatilia mabadiliko ya bendi maalum za kunyonya.Muunganisho wa hidrojeni kati ya CES na PAA hutokea hasa kati ya oksijeni haidroksili ya CES na kundi la COOH la PAA.Baada ya dhamana ya hidrojeni kuundwa, kilele cha kunyoosha nyekundu hubadilika kwenye mwelekeo wa mzunguko wa chini.
Kilele cha 1710 cm-1 kilizingatiwa kwa unga safi wa PAA.Wakati Polyacrylamide ilipokusanywa kuwa filamu zenye CE tofauti, kilele cha filamu za HEC/PAA, MC/PAA na MPC/PAA zilipatikana katika 1718 cm-1, 1720 cm-1 na 1724 cm-1, mtawalia.Ikilinganishwa na poda safi ya PAA, urefu wa kilele wa filamu za HPC/PAA, MC/PAA na HEC/PAA hubadilishwa kwa 14, 10 na 8 cm−1, mtawalia.Kifungo cha hidrojeni kati ya oksijeni ya etha na COOH hukatiza muunganisho wa hidrojeni kati ya vikundi vya COOH.Kadiri vifungo vya hidrojeni vinavyoundwa kati ya PAA na CE, ndivyo mabadiliko ya kilele cha CE/PAA katika mwonekano wa IR inavyoongezeka.HPC ina kiwango cha juu zaidi cha uchanganyaji wa bondi ya hidrojeni, PAA na MC ziko katikati, na HEC ndiyo ya chini zaidi.
Tabia ya ukuaji wa filamu za pamoja za PAA na CEs:
Tabia ya kutengeneza filamu ya PAA na CEs wakati wa mkusanyiko wa LBL ilichunguzwa kwa kutumia QCM na interferometry ya spectral.QCM inafaa kwa ufuatiliaji wa ukuaji wa filamu katika situ wakati wa mizunguko michache ya kwanza ya mkusanyiko.Interferometers za Spectral zinafaa kwa filamu zilizokuzwa zaidi ya mizunguko 10.
Filamu ya HEC/PAA ilionyesha ukuaji wa mstari katika mchakato mzima wa kusanyiko la LBL, huku filamu za MC/PAA na HPC/PAA zilionyesha ukuaji mkubwa katika hatua za awali za kuunganishwa na kisha kubadilishwa kuwa ukuaji wa mstari.Katika eneo la ukuaji wa mstari, kiwango cha juu cha ugumu, ndivyo ukuaji wa unene kwa kila mzunguko wa mkusanyiko.
Athari za suluhisho la pH kwenye ukuaji wa filamu:
Thamani ya pH ya suluhisho huathiri ukuaji wa filamu ya mchanganyiko wa polima iliyounganishwa na hidrojeni.Kama polielectroliti dhaifu, PAA itawekwa ioni na kutozwa chaji hasi kadiri pH ya myeyusho inavyoongezeka, na hivyo kuzuia uhusiano wa bondi ya hidrojeni.Wakati kiwango cha ioni cha PAA kilipofikia kiwango fulani, PAA haikuweza kukusanyika katika filamu yenye vipokezi vya dhamana ya hidrojeni katika LBL.
Unene wa filamu ulipungua kwa ongezeko la pH ya suluhu, na unene wa filamu ulipungua ghafla kwa pH2.5 HPC/PAA na pH3.0-3.5 HPC/PAA.Sehemu muhimu ya HPC/PAA ni takriban pH 3.5, wakati ile ya HEC/PAA ni takriban 3.0.Hii ina maana kwamba wakati pH ya ufumbuzi wa mkusanyiko ni ya juu kuliko 3.5, filamu ya HPC/PAA haiwezi kuundwa, na wakati pH ya suluhisho ni ya juu kuliko 3.0, filamu ya HEC/PAA haiwezi kuundwa.Kutokana na kiwango cha juu cha uchanganyaji wa dhamana ya hidrojeni ya membrane ya HPC/PAA, thamani muhimu ya pH ya membrane ya HPC/PAA ni ya juu kuliko ile ya utando wa HEC/PAA.Katika mmumunyo usio na chumvi, thamani muhimu za pH za tata zilizoundwa na HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA zilikuwa takriban 2.9, 3.2 na 3.7, mtawalia.PH muhimu ya HPC/PAA ni ya juu kuliko ile ya HEC/PAA, ambayo inawiana na ile ya utando wa LBL.
Utendaji wa ufyonzaji wa maji wa membrane ya CE/PAA:
CES ina wingi wa vikundi vya haidroksili ili iwe na ufyonzaji mzuri wa maji na uhifadhi wa maji.Kwa kuchukua utando wa HEC/PAA kama mfano, uwezo wa utangazaji wa utando wa CE/PAA uliounganishwa na hidrojeni kwenye maji katika mazingira ulichunguzwa.Inayo sifa ya interferometry ya spectral, unene wa filamu huongezeka kadiri filamu inavyochukua maji.Iliwekwa katika mazingira yenye unyevunyevu unaoweza kurekebishwa kwa 25°C kwa saa 24 ili kufikia usawa wa kunyonya maji.Filamu hizo zilikaushwa kwenye oveni ya utupu (40 °C) kwa masaa 24 ili kuondoa unyevu kabisa.
Wakati unyevu unapoongezeka, filamu huongezeka.Katika eneo la unyevu wa chini wa 30% -50%, ukuaji wa unene ni wa polepole.Wakati unyevu unazidi 50%, unene unakua kwa kasi.Ikilinganishwa na utando wa PVPON/PAA uliounganishwa na hidrojeni, utando wa HEC/PAA unaweza kunyonya maji zaidi kutoka kwa mazingira.Chini ya hali ya unyevunyevu wa 70% (25°C), unene wa filamu ya PVPON/PAA ni takriban 4%, wakati ile ya filamu ya HEC/PAA ni ya juu kama 18%.Matokeo yalionyesha kuwa ingawa kiasi fulani cha vikundi vya OH katika mfumo wa HEC/PAA vilishiriki katika uundaji wa vifungo vya hidrojeni, bado kulikuwa na idadi kubwa ya vikundi vya OH vilivyoingiliana na maji katika mazingira.Kwa hiyo, mfumo wa HEC/PAA una sifa nzuri za kunyonya maji.
hitimisho
(1) Mfumo wa HPC/PAA ulio na kiwango cha juu zaidi cha uunganishaji wa hidrojeni cha CE na PAA una ukuaji wa haraka zaidi kati yao, MC/PAA iko katikati, na HEC/PAA ndiyo ya chini zaidi.
(2) Filamu ya HEC/PAA ilionyesha hali ya ukuaji wa mstari katika mchakato wote wa utayarishaji, huku filamu nyingine mbili za MC/PAA na HPC/PAA zilionyesha ukuaji mkubwa katika mizunguko michache ya kwanza, na kisha kubadilishwa kuwa hali ya ukuaji wa mstari.
(3) Ukuaji wa filamu ya CE/PAA unategemea sana pH ya suluhisho.Wakati pH ya suluhisho ni ya juu kuliko hatua yake muhimu, PAA na CE haziwezi kukusanyika kwenye filamu.Utando wa CE/PAA uliokusanywa ulikuwa mumunyifu katika suluhu za pH za juu.
(4) Kwa kuwa filamu ya CE/PAA ina OH na COOH nyingi, matibabu ya joto huifanya iwe na uhusiano mtambuka.Utando uliounganishwa wa CE/PAA una uthabiti mzuri na hauwezi kuyeyuka katika suluhu za pH za juu.
(5) Filamu ya CE/PAA ina uwezo mzuri wa kufyonza maji katika mazingira.
Muda wa kutuma: Feb-18-2023