Взяв в качестве сырья бактериальную целлюлозу, синтезируют 2-гидрокси-3-сульфатпропиатовый эфир целлюлозы. Инфракрасный спектрометр анализирует структуру продукта. Наилучшие технологические условия для синтеза базового эфира бактериальной целлюлозы. Результаты показали, что обменная емкость бактериального эфира пропилата на основе 2-гидрокси-3-сульфокислоты, синтезированного в условиях оптимизации, составила 0,481 ммоль/г.
Ключевые слова: бактериальная целлюлоза; эфир целлюлозы горнемина на основе 2-гидрокси-3-сульфоновой кислоты; обменная емкость
Микробная синтетическая бактериальная целлюлоза по химическому составу и молекулярной структуре близка к растительной целлюлозе. Это прямой полисахарид, соединенный D-пирарот-глюкозой сβ-1,4-гликозидные связи. По сравнению с растительной целлюлозой бактериальная целлюлоза имеет лучшие характеристики. Это ультрамикроволоконная сетка, состоящая из ультрамикроволокон. Он существует в виде чистой целлюлозы и имеет множество уникальных функций. Широко используются аспекты акустического оборудования и добычи нефти.
2-гидрокси-3-сульфонат эфира клеточной целлюлозы является важным производным целлюлозы, которое может быть изготовлено из материалов с высоким водопоглощением. Его также можно использовать в качестве твердого вещества для адсорбции ионов тяжелых металлов и белка в качестве катиона. Фэн Цинцинь, Цзе Чжэфэн и другие целлюлозы, используемые в рисовой скорлупе кукурузной соломы для приготовления 2-гидроксил-3-сульфатного эфира целлюлозы, сильнокислотного катионного обмена. В этой статье в качестве сырья используется бактериальная целлюлоза, синтезируется эфир бактериальной целлюлозы на основе 2-гидрокси-3-сульфокислоты, а также используются ортогональные эксперименты для изучения ее лучших условий синтеза и 2-гидрокси-3-сульфасульфасульфа, полученного в этих условиях. Обменная способность кислотного эфира целлюлозы горнемина обеспечивает теоретическую основу для фактического применения материала.
1. Экспериментальная часть
1.1 Реагенты и инструменты
Бактериальная целлюлоза (собственного производства), гидроксид натрия, карбонат натрия, бисульфит натрия, диоксан, эпихлоргидрин, ацетон, этанол, карбонат натрия, указанные реактивы имеют квалификацию д.а.д.
Инкубатор/сушильный шкаф (Shanghai-Heng Technology Co., Ltd.); струйная мельница GQF-1 (Порошковый центр Нанкинского университета науки и технологий); Инфракрасный Фурье-спектрометр (Германия); Атомно-абсорбционный спектрофотометр Agilent AAS-3510.
1.2 Получение эфира 2-гидрокси-3-сульфопропиловой бактериальной целлюлозы
1.2.1 Синтез сшитой бактериальной целлюлозы
Добавьте 10 г порошка бактериальной целлюлозы, 60 мл эпихлоргидрина и 125 мл 2 мол.·L-1 раствора NaOH в трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником и мешалкой, нагревают до кипения с обратным холодильником в течение 1 часа, фильтруют и перекрестно промывают ацетоном и водой до средних свойств и сушат в вакууме при 60°С.°С для получения сшитой бактериальной целлюлозы.
1.2.2 Синтез 3-хлор-2-гидроксипропансульфоната натрия
Взвесьте 104,0 г NaHSO3, растворите его в 200 мл H2O и дайте ему насытиться газом SO2. Нагрейте до 70-90.°C при перемешивании, затем с помощью капельной воронки добавляют 160 мл эпихлоргидрина и проводят реакцию при 85°С.°С в течение 4 часов. Продукт реакции охлаждали до температуры ниже 5°C для кристаллизации продукта, затем фильтруют под отсасыванием, промывают и сушат с получением бледно-желтого сырого продукта. Сырой продукт перекристаллизовывали из этанола 1:1 с получением белых кристаллов.
1.2.3 Синтез эфира 2-гидрокси-3-сульфопропиловой бактериальной целлюлозы
В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником и мешалкой, прибавляют 2 г сшитой бактериальной целлюлозы, некоторое количество 3-хлор-2-гидроксипропансульфоната, 0,7 г карбоната натрия и 70 мл водного раствора диоксана. азот под защитой, контролируйте определенную температуру и перемешивайте для реакции в течение определенного периода времени, фильтруйте, промывайте ацетоном и водой по очереди до нейтральной реакции и сушите в вакууме при 60°С.°C с получением светло-желтого твердого вещества.
1.3 Анализ структуры продукта
ИК-Фурье-тест: твердая таблетка KBr, диапазон испытаний: 500 см-1.～4000см-1.
1.4 Определение обменной емкости
Возьмите 1–2 г эфира 2-гидрокси-3-сульфопропилбактериальной целлюлозы, добавьте необходимое количество дистиллированной воды для впитывания, затем при перемешивании вылейте его в обменную колонку, промойте соответствующим количеством дистиллированной воды, а затем используйте около 100 мл 5% раствора. Промыть соляной кислотой, контролировать скорость потока 3 мл в минуту. Затем промывайте дистиллированной водой до тех пор, пока она не перестанет проявлять кислотность при тестировании с метилоранжем, затем элюируйте примерно 60 мл хлорида натрия с концентрацией 1 моль л-1, контролируйте скорость потока примерно на уровне 3 мл/мин и собирайте сточные воды с помощью Колба Эрленмейера. Затем промыть колонку 50–80 мл дистиллированной воды. Собранный раствор титровали 0,1 моль.·Стандартный раствор гидроксида натрия L-1 с использованием фенолфталеина в качестве индикатора, а количество израсходованных миллилитров гидроксида натрия было VNaOH.
2. Результаты и обсуждение.
2.1 Структурная характеристика сшитой бактериальной целлюлозы
В связи с введением нового C—H, поперечно-сшитая бактериальная целлюлоза составляет 2922,98 см-1. Растягивающие колебания C—Н на сахарном кольце усиливается, а характерные пики поглощения гидроксильных групп при 1161,76см-1 и 1061,58см-1 спектральной линии а ослабляются, которые являются характерными пиками поглощения гидроксильных групп в целлюлозе. При 3433,2 см-1 пик колебательного поглощения связанной гидроксильной группы все еще существует, но относительная интенсивность уменьшается, что указывает на то, что гидроксильная группа на глюкозидном кольце не была полностью замещена.
2.2 Структурная характеристика 3-хлор-2-гидроксипропансульфоната натрия
3525～3481см-1 – валентное колебание ассоциации гидроксила О.—Н-связь, 2930,96 см-1 — асимметричное валентное колебание C.—H, 2852,69 см — симметричная валентная вибрация C.—H, 1227,3см-1, 1054,95см-1 - валентное колебание S=O, 810,1см-1 - валентное колебание COS, и 727,4см-1 - валентное колебание C.—Cl, что указывает на образование целевого продукта.
2.3 Структурная характеристика эфира 2-гидрокси-3-сульфопропиловой бактериальной целлюлозы
3431 см-1 - пик валентных колебаний OH, 2917 см-1 - пик валентных колебаний насыщенного CH, 1656 см-1 - пик валентных колебаний CC, 1212 ~ 1020 см-1 - SO2-антисимметричные и симметричные валентные колебания, 658 см-1 - валентные колебания связи SO.
2.4 Оптимизация условий синтеза эфира 2-гидрокси-3-сульфопропиловой бактериальной целлюлозы
В эксперименте обменную емкость использовали для проверки качества эфира 2-гидрокси-3-сульфопропиловой бактериальной целлюлозы. Количество 3-хлор-2-гидроксипропансульфоната натрия, добавленного в реакцию, концентрация водного раствора диоксана, время реакции и температура позволили провести четыре фактора и три уровня ортогональных экспериментов для анализа влияния каждого фактора на ксантогенат бактериальной целлюлозы. . Влияние свойств эфира.
Ортогональные эксперименты показывают, что оптимальной комбинацией 4 факторов является A2B1C3D. 1 Анализ диапазона показывает, что наибольшее влияние на эффективность адсорбции эфира 2-гидрокси-3-сульфопропилцеллюлозы оказывает температура реакции, а диапазон составляет 1,914, за которым следует концентрация времени, диоксана и количество подачи 3. -хлор-2-гидроксипропансульфонат натрия. Обменная емкость 2-гидрокси-3-сульфопропилового эфира бактериальной целлюлозы, полученного в оптимизированных условиях, составила 0,481 ммоль/г, что выше, чем у аналогичных сильнокислотных катионообменных деревьев целлюлозы SE-типа, указанных в руководстве.
3. Заключение
Путем модификации бактериальной целлюлозы синтезирован эфир пропиловой бактериальной целлюлозы 2-гидрокси-3-сульфоновой кислоты, охарактеризована его структура и измерена обменная емкость. Сделаны следующие выводы: 1) 2-гидрокси-3 – Оптимальные технологические условия для синтеза эфира сульфопропиловой бактериальной целлюлозы: 2 г сшитой бактериальной целлюлозы, 3,5 г 3-хлор-2-гидроксипропансульфоната натрия, 0,7 г карбоната натрия. и 70 мл 30% диоксана. Водный раствор, реакция при 70°С.°C под защитой азота в течение 1 ч эфир пропилбактериальной целлюлозы 2-гидрокси-3-сульфоновой кислоты, полученный в этих условиях, имеет более высокую обменную емкость; 2) Группа 2-гидрокси-3-сульфоновой кислоты. Обменная емкость эфира пропиловой бактериальной целлюлозы выше, чем у аналогичного целлюлозного сильнокислотного катионообменника типа SE, о котором сообщается в справочнике.
Время публикации: 6 марта 2023 г.