Celuloza CMC dhe karakteristikat e strukturës së saj

Duke përdorur celulozën e kashtës si lëndë të parë, ajo u modifikua nga eterifikimi. Nëpërmjet testit të një faktori të vetëm dhe rrotullimit u përcaktuan kushtet optimale për përgatitjen e karboksimetil celulozës: koha e eterifikimit 100 min, temperatura e eterifikimit 70℃, Doza NaOH 3.2g dhe doza e acidit monokloroacetik 3.0g, zëvendësimi maksimal Shkalla është 0.53.

Fjalët kyçe: CMCcelulozë; acid monokloroacetik; eterifikimi; modifikim

Celuloza karboksimetilështë eteri celuloz më i prodhuar dhe më i shitur në botë. Përdoret gjerësisht në detergjent, ushqim, pasta dhëmbësh, tekstile, printim dhe ngjyrosje, prodhimin e letrës, naftë, miniera, mjekësi, qeramikë, komponentë elektronikë, gomë, bojëra, pesticide, kozmetikë, lëkurë, plastikë dhe shpime vaji, etj. si "glutamat monosodium industrial". Celuloza karboksimetil është një derivat i eterit i celulozës i tretshëm në ujë, i marrë nga modifikimi kimik i celulozës natyrore. Celuloza, lënda e parë kryesore për prodhimin e karboksimetil celulozës, është një nga burimet natyrore më të bollshme të rinovueshme në tokë, me një prodhim vjetor prej qindra miliarda tonësh. vendi im është një vend i madh bujqësor dhe një nga vendet me burimet më të bollshme të kashtës. Kashta ka qenë gjithmonë një nga lëndët djegëse kryesore të jetesës për banorët e fshatit. Këto burime nuk janë zhvilluar në mënyrë racionale për një kohë të gjatë, dhe më pak se 2% e mbetjeve bujqësore dhe pyjore si kashta përdoren në botë çdo vit. Orizi është kultura kryesore ekonomike në provincën Heilongjiang, me një sipërfaqe mbjelljeje prej më shumë se 2 milion hm2, një prodhim vjetor prej 14 milion ton oriz dhe 11 milion ton kashtë. Fermerët në përgjithësi i djegin ato direkt në fushë si mbetje, të cilat jo vetëm janë një humbje e madhe e burimeve natyrore, por edhe shkaktojnë ndotje serioze të mjedisit. Prandaj, realizimi i shfrytëzimit të burimeve të kashtës është nevoja e strategjisë së zhvillimit të qëndrueshëm të bujqësisë.

1. Materialet dhe metodat eksperimentale

1.1 Materialet dhe pajisjet eksperimentale

Celulozë kashte, e bërë vetë në laborator; JJ～1 mikser elektrik i tipit, Fabrika e Instrumenteve Eksperimentale Jintan Guowang; SHZW2C tip RS-Një pompë vakum, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pH matësi pHS-3C, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A furrë për tharje me temperaturë konstante me ngrohje elektrike, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; Mikroskop elektronik skanues HITACHI-S ~ 3400N, Instrumente Hitachi; etanol; hidroksid natriumi; acid kloroacetik etj (reagentët e mësipërm janë të pastër analitikisht).

1.2 Metoda eksperimentale

1.2.1 Përgatitja e karboksimetil celulozës

(1) Metoda e përgatitjes së celulozës karboksimetil: Peshoni 2 g celulozë në një balonë me tre qafa, shtoni 2,8 g NaOH, 20 ml tretësirë ​​etanoli 75% dhe zhyteni në alkali në një banjë uji me temperaturë konstante në 25°C për 80 min. I trazojmë me mikser që të bashkohen mirë. Gjatë këtij procesi, celuloza reagon me tretësirën alkaline për të formuar celulozë alkaline. Në fazën e eterifikimit, në balonën me tre qafa të reaguar më sipër, shtoni 10 ml tretësirë ​​etanol 75% dhe 3 g acid kloroacetik, duke e ngritur temperaturën në 65-70.° C., dhe reagoni për 60 minuta. Shtoni alkalin për herë të dytë, më pas shtoni 0,6 g NaOH në balonën e mësipërme të reagimit për të mbajtur temperaturën në 70°C, dhe koha e reagimit është 40 minuta për të marrë Na të papërpunuar-CMC (natriumi karboksimetilcelulozë).

Neutralizimi dhe larja: shtoni 1 moL·L-1 acid klorhidrik dhe neutralizoni reaksionin në temperaturën e dhomës deri në pH=7~8. Më pas lajeni dy herë me etanol 50%, lajeni një herë me etanol 95%, filtroni me thithje dhe thajeni në 80-90°C për 2 orë.

(2) Përcaktimi i shkallës së zëvendësimit të mostrës: Metoda e përcaktimit të matësit të aciditetit: Peshoni 0.2 g (saktësisht deri në 0.1 mg) të mostrës Na-CMC të pastruar dhe të tharë, shpërndajeni atë në 80 ml ujë të distiluar, përzieni elektromagnetikisht për 10 minuta dhe rregulloni atë me acid ose alkali Tretësira e solli pH-në e tretësirës në 8. Më pas titroni tretësirën e provës me tretësirë ​​standarde të acidit sulfurik në një gotë të pajisur me një elektrodë pHmetër dhe vëzhgoni treguesin e pH matësit gjatë titrimit derisa pH të jetë 3.74. Shënoni vëllimin e tretësirës standarde të acidit sulfurik të përdorur.

1.2.2 Metoda e provës me një faktor të vetëm

(1) Efekti i sasisë së alkalit në shkallën e zëvendësimit të karboksimetil celulozës: kryeni alkalizimin në 25℃zhytje me alkali për 80 minuta, përqendrimi në tretësirën e etanolit është 75%, kontrolloni sasinë e reagentit të acidit monokloroacetik 3g, temperatura e eterifikimit është 65 ~ 70°C, koha e eterifikimit ishte 100 minuta, dhe sasia e hidroksidit të natriumit u ndryshua për testin.

(2) Efekti i përqendrimit të tretësirës së etanolit në shkallën e zëvendësimit të karboksimetil celulozës: sasia e alkalit të fiksuar është 3.2 g, zhytja alkaline në një banjë uji me temperaturë konstante në 25°C për 80 minuta, përqendrimi i tretësirës së etanolit është 75%, sasia e reagentit të acidit monokloroacetik kontrollohet në 3g, eterifikimi Temperatura është 65-70°C, koha e eterifikimit është 100 min, dhe përqendrimi i tretësirës së etanolit ndryshohet për eksperimentin.

(3) Efekti i sasisë së acidit monokloroacetik në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil: fiksohet në 25°C për alkalizimin, zhyteni në alkali për 80 minuta, shtoni 3.2 g hidroksid natriumi që përqendrimi i tretësirës së etanolit të jetë 75%, eter. Temperatura është 65~70°C, koha e eterifikimit është 100 min, dhe sasia e acidit monokloroacetik ndryshohet për eksperiment.

(4) Efekti i temperaturës së eterifikimit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil: fiksohet në 25°C për alkalizimin, zhyteni në alkali për 80 minuta, shtoni 3.2 g hidroksid natriumi për të bërë përqendrimin e tretësirës së etanolit 75%, temperatura e eterifikimit Temperatura është 65~70℃, koha e eterifikimit është 100 min, dhe eksperimenti kryhet duke ndryshuar dozën e acidit monokloroacetik.

(5) Efekti i kohës së eterifikimit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil: fiksuar në 25°C për alkalizimin, shtohen 3.2 g hidroksid natriumi dhe ngjyhet në alkali për 80 minuta për të bërë përqendrimin e tretësirës së etanolit 75%, dhe monoklor i kontrolluar. Doza e reagentit të acidit acetik është 3 g, temperatura e eterifikimit është 65-70.°C, dhe koha e eterifikimit ndryshohet për eksperiment.

1.2.3 Plani i testimit dhe optimizimi i celulozës karboksimetil

Në bazë të eksperimentit me një faktor të vetëm, u projektua një eksperiment i kombinuar i rrotullimit ortogonal të regresionit kuadratik me katër faktorë dhe pesë nivele. Katër faktorët janë koha e eterifikimit, temperatura e eterifikimit, sasia e NaOH dhe sasia e acidit monokloroacetik. Përpunimi i të dhënave përdor softuerin statistikor SAS8.2 për përpunimin e të dhënave, i cili zbulon marrëdhënien midis secilit faktor ndikues dhe shkallës së zëvendësimit të celulozës karboksimetil. ligji i brendshëm.

1.2.4 Metoda e analizës SEM

Mostra e pluhurit të tharë u fiksua në fazën e kampionit me ngjitës përçues dhe pas spërkatjes së arit me vakum, u vëzhgua dhe u fotografua nën një mikroskop elektronik skanues Hitachi-S-3400N Hitachi.

2. Rezultatet dhe analizat

2.1 Efekti i një faktori të vetëm në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

2.1.1 Efekti i sasisë së alkalit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

Kur NaOH3.2g iu shtua 2g celulozë, shkalla e zëvendësimit të produktit ishte më e larta. Sasia e NaOH zvogëlohet, gjë që nuk mjafton për të formuar neutralizimin e celulozës alkaline dhe agjentit të eterifikimit, dhe produkti ka një shkallë të vogël zëvendësimi dhe viskozitet të ulët. Përkundrazi, nëse sasia e NaOH është shumë, reaksionet anësore gjatë hidrolizës së acidit kloroacetik do të rriten, konsumi i agjentit eterifikues do të rritet dhe viskoziteti i produktit gjithashtu do të ulet.

2.1.2 Efekti i përqendrimit të tretësirës së etanolit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

Një pjesë e ujit në tretësirën e etanolit ekziston në mjedisin e reagimit jashtë celulozës, dhe pjesa tjetër ekziston në celulozë. Nëse përmbajtja e ujit është shumë e madhe, CMC do të fryhet në ujë për të formuar pelte gjatë eterifikimit, duke rezultuar në një reagim shumë të pabarabartë; nëse përmbajtja e ujit është shumë e vogël, reagimi do të jetë i vështirë për të vazhduar për shkak të mungesës së mediumit të reagimit. Në përgjithësi, etanoli 80% është tretësi më i përshtatshëm.

2.1.3 Efekti i dozës së acidit monokloroacetik në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

Sasia e acidit monokloroacetik dhe hidroksidit të natriumit është teorikisht 1:2, por për ta zhvendosur reaksionin në drejtimin e gjenerimit të CMC, sigurohuni që të ketë një bazë të lirë të përshtatshme në sistemin e reaksionit, në mënyrë që karboksimetilimi të mund të vazhdojë pa probleme. Për këtë arsye, është miratuar metoda e tepricës së alkalit, domethënë raporti molar i substancave acide dhe alkaline është 1:2.2.

2.1.4 Efekti i temperaturës së eterifikimit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

Sa më e lartë të jetë temperatura e eterifikimit, aq më e shpejtë është shpejtësia e reagimit, por edhe reagimet anësore përshpejtohen. Nga këndvështrimi i bilancit kimik, rritja e temperaturës është e pafavorshme për formimin e CMC, por nëse temperatura është shumë e ulët, shpejtësia e reagimit është e ngadaltë dhe shkalla e përdorimit të agjentit eterifikimi është e ulët. Mund të shihet se temperatura optimale për eterifikimin është 70°C.

2.1.5 Efekti i kohës së eterifikimit në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil

Me rritjen e kohës së eterifikimit rritet shkalla e zëvendësimit të CMC dhe shpejtësia e reagimit përshpejtohet, por pas një kohe të caktuar reaksionet anësore rriten dhe shkalla e zëvendësimit zvogëlohet. Kur koha e eterifikimit është 100 min, shkalla e zëvendësimit është maksimale.

2.2 Rezultatet e testit ortogonal dhe analiza e grupeve karboksimetil

Nga tabela e analizës së variancës mund të shihet se në zërin parësor, katër faktorët e kohës së eterifikimit, temperatura e eterifikimit, sasia e NaOH dhe sasia e acidit monokloroacetik kanë një ndikim shumë domethënës në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil (p. <0.01) . Ndër artikujt e ndërveprimit, zërat e bashkëveprimit të kohës së eterifikimit dhe sasisë së acidit monokloroacetik, dhe zërave të ndërveprimit të temperaturës së eterifikimit dhe sasisë së acidit monokloroacetik patën një efekt shumë domethënës në shkallën e zëvendësimit të celulozës karboksimetil (p<0.01). Rendi i ndikimit të faktorëve të ndryshëm në shkallën e zëvendësimit të karboksimetil celulozës ishte: temperatura e eterifikimit>sasia e acidit monokloroacetik>koha e eterifikimit>sasia e NaOH.

Pas analizës së rezultateve të testit të dizajnit të kombinimit të rrotullimit ortogonal të regresionit kuadratik, mund të përcaktohet se kushtet optimale të procesit për modifikimin e karboksimetilimit janë: koha e eterifikimit 100 min, temperatura e eterifikimit 70℃, Doza NaOH 3.2g dhe acid monokloroacetik Doza është 3.0g dhe shkalla maksimale e zëvendësimit është 0.53.

2.3 Karakterizimi i performancës mikroskopike

Morfologjia sipërfaqësore e celulozës, karboksimetil celulozës dhe grimcave të ndërlidhura të karboksimetil celulozës u studiua nga mikroskopi elektronik skanues. Celuloza rritet në formë shiriti me sipërfaqe të lëmuar; buza e celulozës karboksimetil është më e ashpër se ajo e celulozës së nxjerrë, dhe struktura e zgavrës rritet dhe vëllimi bëhet më i madh. Kjo është për shkak se struktura e tufës bëhet më e madhe për shkak të fryrjes së celulozës karboksimetil.

3. Përfundim

3.1 Përgatitja e celulozës së karboksimetil eterifikuar Rendi i rëndësisë së katër faktorëve që ndikojnë në shkallën e zëvendësimit të celulozës është: temperatura e eterifikimit > doza e acidit monokloroacetik > koha e eterifikimit > doza e NaOH. Kushtet optimale të procesit të modifikimit të karboksimetilimit janë koha e eterifikimit 100 min, temperatura e eterifikimit 70℃, doza e NaOH 3,2 g, doza e acidit monokloroacetik 3,0 g dhe shkalla maksimale e zëvendësimit 0,53.

3.2 Kushtet teknologjike optimale të modifikimit të karboksimetilimit janë: koha e eterifikimit 100min, temperatura e eterifikimit 70℃, Doza NaOH 3.2g, doza e acidit monokloroacetik 3.0g, shkalla maksimale e zevendesimit 0.53.