Eachdraidh Rannsachaidh
Mar ghoireas nàdarrach, pailt agus ath-nuadhachail, tha dùbhlain mhòra mu choinneamh ceallalòs ann an tagraidhean practaigeach air sgàth 's nach eil e a' leaghadh agus nach eil e so-leaghte gu leòr. Tha an criostalachd àrd agus na ceanglaichean haidridean àrd-dùmhlachd ann an structar a' cheallalòs ga dhèanamh a' crìonadh ach gun a bhith a' leaghadh rè a' phròiseas seilbhe, agus chan eil e so-leaghte ann an uisge agus a' mhòr-chuid de fhuasglaidhean organach. Tha na toraidhean aca air an dèanamh le bhith a' dèanamh eistearachadh agus eitearachadh nam buidhnean haidreocsaile air na h-aonadan anhydroglucose anns an t-sreath polaimeir, agus bidh feartan eadar-dhealaichte aca an taca ri ceallalòs nàdarrach. Faodaidh ath-bhualadh eitearachadh ceallalòs mòran eitearan ceallalòs so-leaghte ann an uisge a chruthachadh, leithid methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) agus hydroxypropyl cellulose (HPC), a thathas a' cleachdadh gu farsaing ann am biadh, cungaidhean maise, ann an cungaidhean-leigheis agus leigheas. Faodaidh CE so-leaghte ann an uisge polaimearan ceangailte ri haidridean a chruthachadh le searbhagan polycarboxylic agus polyphenols.
’S e dòigh èifeachdach a th’ ann an cruinneachadh sreath-air-sreath (LBL) airson filmichean tana co-dhèanta polymer ullachadh. Tha an leanas a’ toirt cunntas sa mhòr-chuid air cruinneachadh LBL trì CEan eadar-dhealaichte de HEC, MC agus HPC le PAA, a’ dèanamh coimeas eadar an giùlan cruinneachaidh, agus a’ dèanamh anailis air buaidh luchd-ionaid air cruinneachadh LBL. Dèan sgrùdadh air buaidh pH air tiugh film, agus na diofar eadar-dhealachaidhean pH air cruthachadh agus sgaoileadh film, agus leasaich feartan gabhail a-steach uisge CE/PAA.
Stuthan Deuchainneach:
Aigéad poileacrylic (PAA, Mw = 450,000). Tha slaodachd fuasgladh uisgeach 2wt.% de hydroxyethylcellulose (HEC) 300 mPa·s, agus tha an ìre ionadachaidh 2.5. Methylcellulose (MC, fuasgladh uisgeach 2wt.% le slaodachd de 400 mPa·s agus ìre ionadachaidh de 1.8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, fuasgladh uisgeach 2wt.% le slaodachd de 400 mPa·s agus ìre ionadachaidh de 2.5).
Ullachadh film:
Air ullachadh le cruinneachadh sreathan criostail leachtach air silicon aig 25°C. Seo mar a làimhsichear maitrís an t-sleamhnag: bog ann am fuasgladh searbhagach (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) airson 30 mionaid, an uairsin sruthlaich le uisge dì-ionichte grunn thursan gus am bi am pH neodrach, agus mu dheireadh tiormaich le naitridean fìor-ghlan. Bithear a’ cruinneachadh LBL le bhith a’ cleachdadh innealan fèin-ghluasadach. Chaidh am bun-stuth a bogadh ann am fuasgladh CE (0.2 mg/mL) agus fuasgladh PAA (0.2 mg/mL) mu seach, agus chaidh gach fuasgladh a bogadh airson 4 mionaidean. Chaidh trì bogadh sruthlaidh de 1 mionaid gach fear ann an uisge dì-ionichte a dhèanamh eadar gach bogadh fuasglaidh gus am polymer a bha ceangailte gu sgaoilte a thoirt air falbh. Chaidh luachan pH an fhuasglaidh cruinneachaidh agus an fhuasglaidh sruthlaidh atharrachadh gu pH 2.0. Tha na filmichean mar a chaidh an ullachadh air an comharrachadh mar (CE/PAA)n, far a bheil n a’ comharrachadh a’ chearcall cruinneachaidh. Chaidh (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 agus (HPC/PAA)30 ullachadh sa mhòr-chuid.
Caractarachadh Film:
Chaidh speactraman ath-fhaileas faisg air àbhaisteach a chlàradh agus a sgrùdadh le NanoCalc-XR Ocean Optics, agus chaidh tiughas nam filmichean a chaidh a thasgadh air silicon a thomhas. Le fo-strat silicon bàn mar chùl-raon, chaidh speactram FT-IR an fhilm tana air an fo-strat silicon a chruinneachadh air speactrometer infridhearg Nicolet 8700.
Eadar-obrachadh bannan haidridein eadar PAA agus CEan:
Cruinneachadh HEC, MC agus HPC le PAA ann am filmichean LBL. Tha na speactraman infridhearg de HEC/PAA, MC/PAA agus HPC/PAA air an sealltainn san fhigear. Chithear na comharran infridhearg làidir de PAA agus CES gu soilleir ann an speactraman infridhearg HEC/PAA, MC/PAA agus HPC/PAA. Faodaidh speactroscopaidh FT-IR sgrùdadh a dhèanamh air co-thàthadh a’ cheangail haidridein eadar PAA agus CES le bhith a’ cumail sùil air gluasad nan còmhlain-sùghaidh sònraichte. Bidh an ceangal haidridein eadar CES agus PAA a’ tachairt sa mhòr-chuid eadar ocsaidean haidreocsaile CES agus buidheann COOH PAA. Às deidh don cheangal haidridein a bhith air a chruthachadh, bidh dearg a’ mhullaich sìnte a’ gluasad chun t-slighe tricead ìosal.
Chaidh bàrr de 1710 cm-1 fhaicinn airson pùdar PAA fìor-ghlan. Nuair a chaidh polyacrylamide a chruinneachadh ann am filmichean le diofar CEn, bha bàrr nam filmichean HEC/PAA, MC/PAA agus MPC/PAA suidhichte aig 1718 cm-1, 1720 cm-1 agus 1724 cm-1, fa leth. An coimeas ri pùdar PAA fìor-ghlan, ghluais faid nam bàrr de fhilmichean HPC/PAA, MC/PAA agus HEC/PAA le 14, 10 agus 8 cm−1, fa leth. Bidh an ceangal haidridean eadar an ogsaidean ether agus COOH a’ briseadh a’ cheangail haidridean eadar na buidhnean COOH. Mar as motha de cheanglaichean haidridean a thèid a chruthachadh eadar PAA agus CE, ’s ann as motha an gluasad bàrr de CE/PAA ann an speactram IR. Tha an ìre as àirde de cho-fhillteachadh ceangail haidridean aig HPC, tha PAA agus MC sa mheadhan, agus is e HEC an ìre as ìsle.
Giùlan fàis fhilmichean co-dhèanta de PAA agus CE:
Chaidh giùlan cruthachadh film PAA agus CEn rè cruinneachadh LBL a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh QCM agus eadar-theachd speactram. Tha QCM èifeachdach airson fàs film a sgrùdadh in situ rè a’ chiad beagan chuairtean cruinneachaidh. Tha eadar-theachdairean speactram freagarrach airson filmichean a chaidh fhàs thairis air 10 cuairtean.
Sheall am film HEC/PAA fàs loidhneach tron phròiseas cruinneachaidh LBL, agus sheall na filmichean MC/PAA agus HPC/PAA fàs eas-chruthach anns na tràth ìrean den chruinneachadh agus an uairsin dh’atharraich e gu fàs loidhneach. Anns an roinn fàis loidhneach, mar as àirde an ìre de cho-fhillteachd, ’s ann as motha am fàs tighead gach cearcall cruinneachaidh.
Buaidh pH fuasglaidh air fàs film:
Bidh luach pH an fhuasglaidh a’ toirt buaidh air fàs an fhilm co-dhèanta poileimeir ceangailte le haidridean. Mar phoileileictreolait lag, bidh PAA air a ianachadh agus air a ghearradh gu àicheil mar a bhios pH an fhuasglaidh ag àrdachadh, agus mar sin a’ cur bacadh air ceangal ceangail haidridean. Nuair a ràinig ìre ianachaidh PAA ìre sònraichte, cha b’ urrainn dha PAA cruinneachadh ann am film le gabhadairean ceangail haidridean ann an LBL.
Lùghdaich tighead an fhilm le àrdachadh pH an fhuasglaidh, agus lùghdaich tighead an fhilm gu h-obann aig pH2.5 HPC/PAA agus pH3.0-3.5 HPC/PAA. Tha puing chudromach HPC/PAA timcheall air pH 3.5, agus tha puing HEC/PAA timcheall air 3.0. Tha seo a’ ciallachadh nuair a tha pH an fhuasglaidh cruinneachaidh nas àirde na 3.5, nach gabh am film HPC/PAA a chruthachadh, agus nuair a tha pH an fhuasglaidh nas àirde na 3.0, nach gabh am film HEC/PAA a chruthachadh. Air sgàth an ìre nas àirde de cho-fhillteachadh ceangail haidridean ann am membran HPC/PAA, tha luach pH chudromach membran HPC/PAA nas àirde na luach pH chudromach membran HEC/PAA. Ann am fuasgladh gun salann, bha luachan pH chudromach nan co-fhilltean a chaidh a chruthachadh le HEC/PAA, MC/PAA agus HPC/PAA timcheall air 2.9, 3.2 agus 3.7, fa leth. Tha am pH èiginneach aig HPC/PAA nas àirde na am pH aig HEC/PAA, a tha a rèir an pH aig membran LBL.
Coileanadh gabhail a-steach uisge membran CE / PAA:
Tha CES beairteach ann am buidhnean haidreocsaile agus mar sin tha deagh ghabhail a-steach agus gleidheadh uisge aige. A’ gabhail membran HEC/PAA mar eisimpleir, chaidh comas gabhail membran CE/PAA le ceangal haidridean ri uisge san àrainneachd a sgrùdadh. Air a chomharrachadh le eadar-theachd speactram, tha tiughas an fhilm ag àrdachadh mar a bhios am film a’ gabhail a-steach uisge. Chaidh a chur ann an àrainneachd le taiseachd atharrachail aig 25°C airson 24 uair a thìde gus cothromachadh gabhail a-steach uisge a choileanadh. Chaidh na filmichean a thiormachadh ann an àmhainn falamh (40°C) airson 24 uair a thìde gus an taiseachd a thoirt air falbh gu tur.
Mar a bhios an taiseachd ag àrdachadh, bidh am film a’ tiughad. Anns an raon taiseachd ìosal de 30%-50%, tha fàs an tighead caran slaodach. Nuair a bhios an taiseachd nas àirde na 50%, bidh an tighead a’ fàs gu luath. An coimeas ris a’ membran PVPON/PAA le ceangal haidridein, faodaidh am membran HEC/PAA barrachd uisge a ghabhail a-steach bhon àrainneachd. Fo chumha taiseachd coimeasach de 70% (25°C), tha raon tiughad film PVPON/PAA mu 4%, agus tha raon tiughad film HEC/PAA cho àrd ri mu 18%. Sheall na toraidhean ged a ghabh àireamh àraidh de bhuidhnean OH anns an t-siostam HEC/PAA pàirt ann a bhith a’ cruthachadh bannan haidridein, bha àireamh mhòr de bhuidhnean OH fhathast ag eadar-obrachadh le uisge san àrainneachd. Mar sin, tha deagh fheartan gabhail a-steach uisge aig an t-siostam HEC/PAA.
mar cho-dhùnadh
(1) Is e an siostam HPC/PAA leis an ìre ceangail haidridein as àirde de CE agus PAA a tha a’ fàs as luaithe nam measg, tha MC/PAA sa mheadhan, agus is e HEC/PAA an ìre as ìsle.
(2) Sheall am film HEC/PAA modh fàis loidhneach tron phròiseas ullachaidh, agus sheall an dà fhilm eile MC/PAA agus HPC/PAA fàs eas-chruthach anns a’ chiad beagan chuairtean, agus an uairsin dh’atharraich e gu modh fàis loidhneach.
(3) Tha fàs film CE/PAA an urra gu mòr ri pH an fhuasglaidh. Nuair a tha pH an fhuasglaidh nas àirde na a phuing èiginneach, chan urrainn dha PAA agus CE cruinneachadh ann am film. Bha am membran CE/PAA a chaidh a chruinneachadh so-sgaoilte ann am fuasglaidhean le pH àrd.
(4) Leis gu bheil am film CE/PAA beairteach ann an OH agus COOH, bidh làimhseachadh teas ga dhèanamh ceangailte-tarsainn. Tha deagh sheasmhachd aig a’ membran CE/PAA ceangailte-tarsainn agus chan eil e so-sgaoilte ann am fuasglaidhean pH àrd.
(5) Tha comas math aig film CE/PAA airson uisge san àrainneachd a ghabhail a-steach.
Àm puist: 18 Gearran 2023