Ċelluloża CMC u l-Karatterizzazzjoni tal-Istruttura tagħha

Bl-użu taċ-ċelluloża tat-tiben bħala materja prima, ġiet modifikata bl-eterifikazzjoni. Permezz tat-test tal-fattur uniku u tar-rotazzjoni, il-kundizzjonijiet ottimali għall-preparazzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika ġew determinati li huma: ħin ta 'eterifikazzjoni 100min, temperatura ta' eterifikazzjoni 70℃, dożaġġ ta 'NaOH 3.2g u dożaġġ ta' aċidu monokloroaċetiku 3.0g, is-sostituzzjoni massima Il-grad huwa 0.53.

Kliem ewlieni: CMCċelluloża; aċidu monokloroaċetiku; eterifikazzjoni; modifika

Carboxymethyl cellulosehuwa l-aktar etere taċ-ċelluloża prodott u mibjugħ fid-dinja. Huwa użat ħafna fid-deterġent, ikel, toothpaste, tessuti, stampar u żebgħa, manifattura tal-karta, pitrolju, minjieri, mediċina, ċeramika, komponenti elettroniċi, gomma, Żebgħa, pestiċidi, kożmetiċi, ġilda, plastiks u tħaffir taż-żejt, eċċ., Magħruf bħala "glutamat monosodju industrijali". Carboxymethyl cellulose hija derivattiv tal-etere taċ-ċelluloża li jinħall fl-ilma miksub billi timmodifika kimikament iċ-ċelluloża naturali. Iċ-ċelluloża, il-materja prima ewlenija għall-produzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika, hija waħda mir-riżorsi naturali rinnovabbli l-aktar abbundanti fid-dinja, bi produzzjoni annwali ta 'mijiet ta' biljuni ta 'tunnellati. pajjiżna huwa pajjiż agrikolu kbir u wieħed mill-pajjiżi bl-aktar riżorsi abbundanti tat-tiben. It-tiben minn dejjem kien wieħed mill-fjuwils ħajjin ewlenin għar-residenti rurali. Dawn ir-riżorsi ma ġewx żviluppati b'mod razzjonali għal żmien twil, u inqas minn 2% tal-iskart tal-agrikoltura u tal-forestrija bħat-tiben jintuża fid-dinja kull sena. Ir-ross huwa l-uċuħ tar-raba 'ekonomiku ewlieni fil-Provinċja ta' Heilongjiang, b'erja ta 'tħawwil ta' aktar minn 2 miljun hm2, produzzjoni annwali ta '14-il miljun tunnellata ta' ross, u 11-il miljun tunnellata ta 'tiben. Il-bdiewa ġeneralment jaħarquhom direttament fl-għalqa bħala skart, li mhux biss huwa skart kbir ta 'riżorsi naturali, iżda wkoll jikkawża tniġġis serju għall-ambjent. Għalhekk, ir-realizzazzjoni tal-użu tar-riżorsi tat-tiben hija l-ħtieġa tal-istrateġija tal-iżvilupp sostenibbli tal-agrikoltura.

1. Materjali u metodi sperimentali

1.1 Materjali u tagħmir sperimentali

Ċelluloża tat-tiben, magħmula minnha stess fil-laboratorju; JJ～Mixer elettriku tat-tip 1, Jintan Guowang Experimental Instrument Factory; SHZW2C tip RS—Pompa tal-vakwu, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A forn tat-tnixxif tat-temperatura kostanti tat-tisħin elettriku, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N mikroskopju elettroniku tal-iskannjar, Hitachi Instruments; etanol; idrossidu tas-sodju; aċidu chloroacetic, eċċ (ir-reaġenti ta 'hawn fuq huma analitikament pur).

1.2 Metodu sperimentali

1.2.1 Preparazzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

(1) Il-metodu ta 'preparazzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika: Iżen 2 g ta' ċelluloża f'garafina bi tliet għonq, żid 2.8 g ta 'NaOH, 20 mL ta' soluzzjoni ta 'etanol ta' 75%, u xarrab f'alkali f'banju ta 'l-ilma b'temperatura kostanti f'25.°C għal 80 min. Ħawwad b'mixer biex tgħaqqad sew. Matul dan il-proċess, iċ-ċelluloża tirreaġixxi ma 'soluzzjoni alkalina biex tifforma ċelluloża alkali. Fl-istadju ta' eterifikazzjoni, żid 10 mL ta' soluzzjoni ta' etanol ta' 75% u 3 g ta' aċidu chloroacetic mal-garafina bi tliet għonq li rreaġixxa hawn fuq, għolli t-temperatura għal 65-70° C., u jirreaġixxi għal 60 minuta. Żid alkali għat-tieni darba, imbagħad żid 0.6g NaOH fil-garafina tar-reazzjoni ta 'hawn fuq biex iżżomm it-temperatura f'70.°C, u l-ħin ta 'reazzjoni huwa 40min biex tikseb Na mhux raffinat—CMC (sodium carboxymethylcellulose).

Newtralizzazzjoni u ħasil: żid 1moL·L-1 aċidu idrokloriku, u jinnewtralizza r-reazzjoni f'temperatura tal-kamra sakemm pH=7 ~ 8. Imbagħad aħsel darbtejn b'50% etanol, imbagħad aħsel darba b'95% etanol, iffiltra bil-ġbid, u nixxef f'80-90°C għal sagħtejn.

(2) Determinazzjoni tal-grad ta 'sostituzzjoni tal-kampjun: metodu ta' determinazzjoni tal-meter tal-aċidità: Iżen 0.2g (eżattezza għal 0.1mg) tal-kampjun ta 'Na-CMC purifikat u mnixxef, dewweb f'ilma distillat 80mL, ħawwad b'mod elettromanjetiku għal 10min, u aġġustah b'aċidu jew alkali Is-soluzzjoni ġabet il-pH tas-soluzzjoni għal 8. Imbagħad ittitra s-soluzzjoni tat-test b'soluzzjoni standard ta' aċidu sulfuriku f'tazza mgħammar b'elettrodu tal-miter tal-pH, u osserva l-indikazzjoni tal-miter tal-pH waqt it-titrazzjoni sakemm il-pH ikun 3.74. Innota l-volum tas-soluzzjoni standard tal-aċidu sulfuriku użat.

1.2.2 Metodu tat-test tal-fattur uniku

(1) L-effett tal-ammont ta 'alkali fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża tal-karbossimetil: wettaq alkalizzazzjoni f'25℃, immersjoni alkali għal 80 minuta, il-konċentrazzjoni f'soluzzjoni ta 'etanol hija 75%, tikkontrolla l-ammont ta' reaġent ta 'aċidu monokloroaċetiku 3g, temperatura ta' eterifikazzjoni hija 65 ~ 70°C, il-ħin ta 'eterifikazzjoni kien 100 minuta, u l-ammont ta' idrossidu tas-sodju nbidel għat-test.

(2) L-effett tal-konċentrazzjoni ta 'soluzzjoni ta' etanol fuq il-grad ta 'sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika: l-ammont ta' alkali fiss huwa 3.2g, immersjoni alkalina f'banju ta 'l-ilma b'temperatura kostanti f'25.°C għal 80min, il-konċentrazzjoni ta 'soluzzjoni ta' etanol hija 75%, l-ammont ta 'reaġent ta' aċidu monokloroaċetiku huwa kkontrollat ​​fi 3g, eterifikazzjoni It-temperatura hija 65-70°C, il-ħin ta 'eterifikazzjoni huwa 100min, u l-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni ta' etanol tinbidel għall-esperiment.

(3) L-effett tal-ammont ta 'aċidu monokloroaċetiku fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża carboxymethyl: iffissa f'25°C għall-alkalizzazzjoni, xarrab f'alkali għal 80 minuta, żid 3.2g ta 'idrossidu tas-sodju biex tagħmel il-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni ta' etanol 75%, etere It-temperatura hija 65 ~ 70°C, il-ħin ta 'eterifikazzjoni huwa 100min, u l-ammont ta' aċidu monokloroaċetiku jinbidel għall-esperiment.

(4) Effett tat-temperatura ta 'eterifikazzjoni fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika: waħħal f'25°C għall-alkalizzazzjoni, xarrab f'alkali għal 80 minuta, żid 3.2g ta 'idrossidu tas-sodju biex tagħmel il-konċentrazzjoni ta' soluzzjoni ta 'etanol 75%, temperatura ta' eterifikazzjoni It-temperatura hija 65 ~ 70℃, il-ħin ta 'eterifikazzjoni huwa 100min, u l-esperiment jitwettaq billi tinbidel id-dożaġġ ta' aċidu monokloroaċetiku.

(5) Effett tal-ħin ta 'eterifikazzjoni fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika: iffissat għal 25°C għall-alkalizzazzjoni, miżjuda 3.2g ta 'idrossidu tas-sodju, u mxarrba f'alkali għal 80min biex tagħmel il-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni ta' etanol 75%, u monochlor ikkontrollat ​​Id-dożaġġ ta 'reaġent ta' aċidu aċetiku huwa 3g, it-temperatura ta 'eterifikazzjoni hija 65 ~ 70°C, u l-ħin ta 'eterifikazzjoni jinbidel għall-esperiment.

1.2.3 Pjan tat-test u ottimizzazzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

Fuq il-bażi tal-esperiment ta 'fattur uniku, ġie ddisinjat esperiment magħqud ta' rotazzjoni ortogonali ta 'rigressjoni kwadratika b'erba' fatturi u ħames livelli. L-erba 'fatturi huma l-ħin ta' eterifikazzjoni, it-temperatura ta 'eterifikazzjoni, l-ammont ta' NaOH u l-ammont ta 'aċidu monokloroaċetiku. L-ipproċessar tad-dejta juża softwer statistiku SAS8.2 għall-ipproċessar tad-dejta, li jiżvela r-relazzjoni bejn kull fattur li jinfluwenza u l-grad ta 'sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika. liġi interna.

1.2.4 Metodu ta' analiżi SEM

Il-kampjun tat-trab imnixxef ġie ffissat fuq l-istadju tal-kampjun b'kolla konduttiva, u wara l-bexx bil-vakwu tad-deheb, ġie osservat u fotografat taħt mikroskopju elettroniku tal-iskannjar Hitachi-S-3400N Hitachi.

2. Riżultati u analiżi

2.1 Effett ta' fattur wieħed fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

2.1.1 L-effett tal-ammont ta 'alkali fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża carboxymethyl

Meta NaOH3.2g ġie miżjud ma '2g ċelluloża, il-grad ta' sostituzzjoni tal-prodott kien l-ogħla. L-ammont ta 'NaOH jitnaqqas, li mhuwiex biżżejjed biex jifforma n-newtralizzazzjoni ta' ċelluloża alkalina u aġent ta 'eterifikazzjoni, u l-prodott għandu grad żgħir ta' sostituzzjoni u viskożità baxxa. Għall-kuntrarju, jekk l-ammont ta 'NaOH huwa wisq, ir-reazzjonijiet sekondarji matul l-idroliżi ta' l-aċidu chloroacetic se jiżdiedu, il-konsum ta 'aġent etherifying se jiżdied, u l-viskożità tal-prodott tonqos ukoll.

2.1.2 Effett tal-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni ta' etanol fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

Parti mill-ilma fis-soluzzjoni ta 'l-etanol teżisti fil-mezz ta' reazzjoni barra ċ-ċelluloża, u l-parti l-oħra teżisti fiċ-ċelluloża. Jekk il-kontenut ta 'ilma huwa kbir wisq, CMC se jintefħu fl-ilma biex jiffurmaw ġelatina waqt l-eterifikazzjoni, li tirriżulta f'reazzjoni irregolari ħafna; jekk il-kontenut tal-ilma huwa żgħir wisq, ir-reazzjoni tkun diffiċli biex tipproċedi minħabba n-nuqqas ta 'mezz ta' reazzjoni. Ġeneralment, 80% etanol huwa l-aktar solvent adattat.

2.1.3 Effett tad-dożaġġ ta 'aċidu monokloroaċetiku fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża carboxymethyl

L-ammont ta 'aċidu monokloroaċetiku u idrossidu tas-sodju huwa teoretikament 1:2, iżda sabiex iċċaqlaq ir-reazzjoni għad-direzzjoni tal-ġenerazzjoni ta' CMC, żgura li jkun hemm bażi ħielsa xierqa fis-sistema ta 'reazzjoni, sabiex il-karbossimetilazzjoni tkun tista' tipproċedi bla xkiel. Għal din ir-raġuni, il-metodu ta 'alkali żejjed huwa adottat, jiġifieri, il-proporzjon molari ta' sustanzi aċidużi u alkali huwa 1:2.2.

2.1.4 Effett tat-temperatura ta' eterifikazzjoni fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

Iktar ma tkun għolja t-temperatura ta 'eterifikazzjoni, aktar mgħaġġla tkun ir-rata ta' reazzjoni, iżda r-reazzjonijiet sekondarji huma wkoll aċċellerati. Mill-perspettiva tal-bilanċ kimiku, it-temperatura li qed tiżdied hija sfavorevoli għall-formazzjoni ta 'CMC, iżda jekk it-temperatura tkun baxxa wisq, ir-rata ta' reazzjoni hija bil-mod u r-rata ta 'utilizzazzjoni tal-aġent eterifikatur hija baxxa. Wieħed jista 'jara li t-temperatura ottima għall-eterifikazzjoni hija 70°C.

2.1.5 Effett tal-ħin ta' eterifikazzjoni fuq il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika

Biż-żieda tal-ħin ta 'eterifikazzjoni, il-grad ta' sostituzzjoni ta 'CMC jiżdied, u l-veloċità tar-reazzjoni hija aċċellerata, iżda wara ċertu żmien, ir-reazzjonijiet sekondarji jiżdiedu u l-grad ta' sostituzzjoni jonqos. Meta l-ħin ta 'eterifikazzjoni huwa 100min, il-grad ta' sostituzzjoni huwa massimu.

2.2 Riżultati tat-test ortogonali u analiżi tal-gruppi karbossimetiliċi

Jista 'jidher mit-tabella tal-analiżi tal-varjanza li fl-oġġett primarju, l-erba' fatturi tal-ħin tal-eterifikazzjoni, it-temperatura tal-eterifikazzjoni, l-ammont ta 'NaOH u l-ammont ta' aċidu monokloroaċetiku għandhom impatt sinifikanti ħafna fuq il-grad ta 'sostituzzjoni taċ-ċelluloża karbossimetilika (p <0.01) . Fost l-oġġetti ta 'interazzjoni, l-oġġetti ta' interazzjoni tal-ħin ta 'eterifikazzjoni u l-ammont ta' aċidu monokloroaċetiku, u l-oġġetti ta 'interazzjoni ta' temperatura ta 'eterifikazzjoni u l-ammont ta' aċidu monokloroaċetiku kellhom effett sinifikanti ħafna fuq il-grad ta 'sostituzzjoni taċ-ċelluloża carboxymethyl (p<0.01). L-ordni ta ' l-influwenza ta ' fatturi varji fuq il-grad ta ' sostituzzjoni ta ' carboxymethyl cellulose kien: temperatura ta ' l-eterifikazzjoni> l-ammont ta ' l-aċidu monokloroacetic> ħin ta ' l-eterifikazzjoni> l-ammont ta ' NaOH.

Wara l-analiżi tar-riżultati tat-test tad-disinn tal-kombinazzjoni ta 'rotazzjoni ortogonali tar-rigressjoni kwadratika, jista' jiġi determinat li l-kundizzjonijiet ottimali tal-proċess għall-modifika tal-karbossimetilazzjoni huma: ħin ta 'eterifikazzjoni 100min, temperatura ta' eterifikazzjoni 70℃, Dożaġġ ta 'NaOH 3.2g u aċidu monokloroaċetiku Id-dożaġġ huwa 3.0g, u l-grad massimu ta' sostituzzjoni huwa 0.53.

2.3 Karatterizzazzjoni tal-prestazzjoni mikroskopika

Il-morfoloġija tal-wiċċ taċ-ċelluloża, carboxymethyl cellulose u partiċelli ta 'carboxymethyl cellulose cross-linked ġiet studjata permezz ta' mikroskopija elettronika tal-iskannjar. Iċ-ċelluloża tikber f'forma ta 'strixxa b'wiċċ lixx; it-tarf taċ-ċelluloża karbossimetilika huwa aktar mhux maħdum minn dak taċ-ċelluloża estratta, u l-istruttura tal-kavità tiżdied u l-volum isir akbar. Dan huwa minħabba li l-istruttura tal-qatta ssir akbar minħabba n-nefħa taċ-ċelluloża karbossimetilika.

3. Konklużjoni

3.1 Preparazzjoni taċ-ċelluloża karbossimetil eterifikata L-ordni ta 'importanza ta' l-erba 'fatturi li jaffettwaw il-grad ta' sostituzzjoni taċ-ċelluloża hija: temperatura ta 'eterifikazzjoni > dożaġġ ta' aċidu monokloroaċetiku > ħin ta 'eterifikazzjoni > dożaġġ ta' NaOH. L-aħjar kundizzjonijiet tal-proċess tal-modifika tal-karbossimetilazzjoni huma ħin ta 'eterifikazzjoni 100min, temperatura ta' eterifikazzjoni 70℃, dożaġġ ta 'NaOH 3.2g, dożaġġ ta' aċidu monokloroaċetiku 3.0g, u grad massimu ta 'sostituzzjoni 0.53.

3.2 L-aħjar kundizzjonijiet teknoloġiċi tal-modifika tal-karbossimetilazzjoni huma: ħin ta 'eterifikazzjoni 100min, temperatura ta' eterifikazzjoni 70℃, dożaġġ ta 'NaOH 3.2g, dożaġġ ta' aċidu monokloroaċetiku 3.0g, grad massimu ta 'sostituzzjoni 0.53.