Судалгааны үндэслэл
Байгалийн, элбэг дэлбэг, сэргээгдэх нөөц болох целлюлоз нь хайлдаггүй, хязгаарлагдмал уусах шинж чанартай тул практик хэрэглээнд ихээхэн бэрхшээлтэй тулгардаг. Целлюлозын бүтэц дэх өндөр талстжилт болон өндөр нягтралтай устөрөгчийн холбоо нь түүнийг задалдаг боловч эзэмших явцад хайлдаггүй, ус болон ихэнх органик уусгагчид уусдаггүй болгодог. Тэдгээрийн уламжлалууд нь полимер гинжин хэлхээний ангидраглюкозын нэгжүүд дээрх гидроксил бүлгүүдийн эфиржилт ба эфиржилтээр үүсдэг бөгөөд байгалийн целлюлозтой харьцуулахад зарим өөр шинж чанарыг харуулдаг. Целлюлозын эфиржилтийн урвал нь хоол хүнс, гоо сайхан, эм, анагаах ухаанд өргөн хэрэглэгддэг метил целлюлоз (MC), гидроксиэтил целлюлоз (HEC) болон гидроксипропил целлюлоз (HPC) зэрэг олон усанд уусдаг целлюлозын эфирийг үүсгэж чаддаг. Усанд уусдаг CE нь поликарбоксилын хүчил ба полифенолуудтай устөрөгчийн холбоо бүхий полимер үүсгэж чаддаг.
Давхар давхаргаар угсрах (LBL) нь полимер нийлмэл нимгэн хальс бэлтгэх үр дүнтэй арга юм. Дараах нь голчлон HEC, MC болон HPC-ийн гурван өөр CE-ийн PAA-тай LBL угсралтыг тайлбарлаж, тэдгээрийн угсралтын зан төлөвийг харьцуулж, орлуулагчдын LBL угсралтад үзүүлэх нөлөөллийг шинжилнэ. Киноны зузаанд рН-ийн нөлөөлөл, кино үүсэх, уусахад рН-ийн ялгаатай ялгааг судалж, CE/PAA-ийн ус шингээх шинж чанарыг боловсруулна.
Туршилтын материалууд:
Полиакрилийн хүчил (PAA, Mw = 450,000). Гидроксиэтилцеллюлозын (HEC) 2 жингийн% усан уусмалын зуурамтгай чанар нь 300 мПа·с, орлуулалтын зэрэг нь 2.5 байна. Метилцеллюлоз (MC, 400 мПа·с зуурамтгай чанартай, 1.8 орлуулалтын зэрэгтэй 2 жингийн% усан уусмал). Гидроксипропил целлюлоз (HPC, 400 мПа·с зуурамтгай чанартай, 2.5 орлуулалтын зэрэгтэй 2 жингийн% усан уусмал).
Кино бэлтгэл:
25°C температурт цахиур дээр шингэн талст давхаргын угсралтаар бэлтгэнэ. Слайд матрицыг боловсруулах арга нь дараах байдалтай байна: хүчиллэг уусмалд (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 минут дэвтээж, дараа нь рН нь төвийг сахисан болтол хэд хэдэн удаа ионгүйжүүлсэн усаар зайлж, эцэст нь цэвэр азотоор хатаана. LBL угсралтыг автомат машин ашиглан гүйцэтгэнэ. Субстратыг CE уусмал (0.2 мг/мл) болон PAA уусмалд (0.2 мг/мл) ээлжлэн дэвтээж, уусмал бүрийг 4 минутын турш дэвтээнэ. Сул наалдсан полимерийг арилгахын тулд уусмал бүрийн хооронд ионгүйжүүлсэн усанд тус бүр 1 минутын гурван удаа зайлж угаана. Угсралтын уусмал болон зайлах уусмалын рН утгыг хоёуланг нь рН 2.0 болгож тохируулна. Бэлтгэсэн хальснуудыг (CE/PAA)n гэж тэмдэглэсэн бөгөөд энд n нь угсралтын мөчлөгийг заана. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 болон (HPC/PAA)30-ийг голчлон бэлтгэсэн.
Киноны онцлог:
Хэвийн ойролцоо ойлтын спектрүүдийг NanoCalc-XR Ocean Optics ашиглан бүртгэж, шинжилсэн бөгөөд цахиур дээр хуримтлагдсан хальсны зузааныг хэмжсэн. Хоосон цахиурын суурь дэвсгэрийг дэвсгэр болгон ашиглаж, цахиурын суурь дээрх нимгэн хальсны FT-IR спектрийг Nicolet 8700 хэт улаан туяаны спектрометр дээр цуглуулсан.
PAA болон CE-ийн хоорондох устөрөгчийн холбооны харилцан үйлчлэл:
HEC, MC болон HPC-г PAA ашиглан LBL хальс болгон угсрах. HEC/PAA, MC/PAA болон HPC/PAA-ийн хэт улаан туяаны спектрийг зурагт үзүүлэв. PAA болон CES-ийн хүчтэй хэт улаан туяаны дохиог HEC/PAA, MC/PAA болон HPC/PAA-ийн хэт улаан туяаны спектрээс тодорхой ажиглаж болно. FT-IR спектроскопи нь PAA болон CES-ийн хоорондох устөрөгчийн холбооны цогцолборыг шинж чанарын шингээлтийн зурвасын шилжилтийг хянах замаар шинжилж чаддаг. CES болон PAA-ийн хоорондох устөрөгчийн холбоо нь голчлон CES-ийн гидроксил хүчилтөрөгч болон PAA-ийн COOH бүлгийн хооронд явагддаг. Устөрөгчийн холбоо үүссэний дараа суналтын оргил улаан нь бага давтамжийн чиглэл рүү шилждэг.
Цэвэр PAA нунтагт 1710 см-1 оргил ажиглагдсан. Полиакриламидыг өөр өөр CE бүхий хальс болгон угсарч үзэхэд HEC/PAA, MC/PAA болон MPC/PAA хальсны оргилууд тус тус 1718 см-1, 1720 см-1 болон 1724 см-1 дээр байрласан. Цэвэр PAA нунтагтай харьцуулахад HPC/PAA, MC/PAA болон HEC/PAA хальсны оргилуудын урт тус тус 14, 10 болон 8 см−1-ээр шилжсэн. Эфирийн хүчилтөрөгч ба COOH-ийн хоорондох устөрөгчийн холбоо нь COOH бүлгүүдийн хоорондох устөрөгчийн холбоог тасалдуулдаг. PAA болон CE-ийн хооронд устөрөгчийн холбоо үүсэх тусам IR спектрт CE/PAA-ийн оргил шилжилт их байдаг. HPC нь устөрөгчийн холбооны комплексжилтийн хамгийн өндөр түвшинтэй, PAA болон MC нь дунд хэсэгт, HEC нь хамгийн бага байдаг.
PAA болон CE-ийн нийлмэл хальснуудын өсөлтийн зан төлөв:
LBL угсралтын үед PAA болон CE-ийн хальс үүсгэх зан төлөвийг QCM болон спектрийн интерферометр ашиглан судалсан. QCM нь эхний хэдэн угсралтын мөчлөгийн үед хальсны өсөлтийг газар дээр нь хянах үр дүнтэй байдаг. Спектрийн интерферометрүүд нь 10 мөчлөгөөс дээш ургуулсан хальсанд тохиромжтой.
HEC/PAA хальс нь LBL угсралтын явцад шугаман өсөлтийг харуулсан бол MC/PAA болон HPC/PAA хальснууд угсралтын эхний үе шатанд экспоненциал өсөлтийг үзүүлж, дараа нь шугаман өсөлт болж хувирсан. Шугаман өсөлтийн бүсэд комплекс үүсэх түвшин өндөр байх тусам угсралтын мөчлөг бүрт зузааны өсөлт их байна.
Уусмалын рН-ийн хальсны ургалтад үзүүлэх нөлөө:
Уусмалын рН утга нь устөрөгчийн холбоо бүхий полимер нийлмэл хальсны өсөлтөд нөлөөлдөг. Сул полиэлектролит тул уусмалын рН нэмэгдэхийн хэрээр PAA нь ионжиж, сөрөг цэнэгтэй болж, улмаар устөрөгчийн холбоог саатуулдаг. PAA-ийн ионжуулалтын түвшин тодорхой түвшинд хүрэхэд PAA нь LBL-д устөрөгчийн холбоо хүлээн авагчтай хальс болж нэгдэж чадахгүй.
Уусмалын рН нэмэгдэхийн хэрээр хальсны зузаан буурч, рН2.5 HPC/PAA болон рН3.0-3.5 HPC/PAA үед хальсны зузаан гэнэт буурсан. HPC/PAA-ийн эгзэгтэй цэг нь рН 3.5 орчим, харин HEC/PAA-ийнх 3.0 орчим байна. Энэ нь угсралтын уусмалын рН 3.5-аас дээш байх үед HPC/PAA хальс үүсэх боломжгүй, уусмалын рН 3.0-аас дээш байх үед HEC/PAA хальс үүсэх боломжгүй гэсэн үг юм. HPC/PAA мембраны устөрөгчийн холбооны комплексжилтийн түвшин өндөр байдаг тул HPC/PAA мембраны эгзэгтэй рН-ийн утга нь HEC/PAA мембраныхаас өндөр байдаг. Давсгүй уусмалд HEC/PAA, MC/PAA болон HPC/PAA-аар үүссэн комплексуудын эгзэгтэй рН-ийн утга нь тус тус 2.9, 3.2 болон 3.7 орчим байв. HPC/PAA-ийн чухал рН нь HEC/PAA-ийнхаас өндөр бөгөөд энэ нь LBL мембраныхтай тохирч байна.
CE/PAA мембраны ус шингээлтийн үзүүлэлт:
CES нь гидроксил бүлгээр баялаг тул ус шингээх болон ус хадгалах чадвар сайтай. Жишээ болгон HEC/PAA мембраныг авч үзвэл, устөрөгчийн холбоо бүхий CE/PAA мембраны хүрээлэн буй орчинд устай хэрхэн адсорбцлох чадварыг судалсан. Спектрийн интерферометрийн аргаар тодорхойлогддог бөгөөд хальс нь ус шингээх тусам хальсны зузаан нэмэгддэг. Ус шингээх тэнцвэрт байдалд хүрэхийн тулд 25°C-д 24 цагийн турш чийгшил тохируулж болох орчинд байрлуулсан. Чийгийг бүрэн арилгахын тулд хальснуудыг вакуум зууханд (40°C) 24 цагийн турш хатаасан.
Чийгшил нэмэгдэхийн хэрээр хальс зузаардаг. 30%-50% чийгшил багатай хэсэгт зузааны өсөлт харьцангуй удаан байдаг. Чийгшил 50%-иас хэтэрсэн үед зузаан нь хурдан нэмэгддэг. Устөрөгчийн холбоо бүхий PVPON/PAA мембрантай харьцуулахад HEC/PAA мембран нь орчноос илүү их ус шингээж чаддаг. Харьцангуй чийгшил 70% (25°C) нөхцөлд PVPON/PAA хальсны зузааралтын хүрээ ойролцоогоор 4% байдаг бол HEC/PAA хальсны зузааралтын хүрээ ойролцоогоор 18% байдаг. Үр дүнгээс харахад HEC/PAA системд тодорхой хэмжээний OH бүлэг устөрөгчийн холбоо үүсэхэд оролцсон боловч хүрээлэн буй орчинд устай харилцан үйлчилдэг OH бүлгүүдийн тоо нэлээд их байсан. Тиймээс HEC/PAA систем нь ус шингээх сайн шинж чанартай байдаг.
дүгнэж хэлэхэд
(1) CE болон PAA-ийн устөрөгчийн холбооны хамгийн өндөр зэрэгтэй HPC/PAA систем нь тэдгээрийн дунд хамгийн хурдан өсөлттэй, MC/PAA нь дунд, HEC/PAA нь хамгийн бага өсөлттэй байна.
(2) HEC/PAA хальс нь бэлтгэлийн явцад шугаман өсөлтийн горимыг харуулсан бол бусад хоёр хальс болох MC/PAA болон HPC/PAA нь эхний хэдэн мөчлөгт экспоненциал өсөлтийг үзүүлж, дараа нь шугаман өсөлтийн горимд шилжсэн.
(3) CE/PAA хальсны өсөлт нь уусмалын рН-ээс ихээхэн хамаардаг. Уусмалын рН нь түүний чухал цэгээс өндөр байх үед PAA болон CE нь хальс болж нэгдэж чадахгүй. Угсарсан CE/PAA мембран нь өндөр рН уусмалд уусдаг байсан.
(4) CE/PAA хальс нь OH болон COOH-оор баялаг тул дулааны боловсруулалт нь хөндлөн холбоос үүсгэдэг. Хөндлөн холбоостой CE/PAA мембран нь сайн тогтвортой бөгөөд өндөр рН уусмалд уусдаггүй.
(5) CE/PAA хальс нь хүрээлэн буй орчинд усыг сайн шингээх чадвартай.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 2-р сарын 18