Usuli wa Utafiti
Kama rasilimali asilia, nyingi na inayoweza kutumika tena, selulosi hukutana na changamoto kubwa katika matumizi ya vitendo kutokana na sifa zake zisizoyeyuka na uwezo mdogo wa kuyeyuka. Ubora wa juu wa fuwele na vifungo vya hidrojeni vyenye msongamano mkubwa katika muundo wa selulosi huifanya iharibike lakini isiwe myeyuko wakati wa mchakato wa umiliki, na isiyeyuke katika maji na miyeyusho mingi ya kikaboni. Viambato vyake huzalishwa na uainishaji na uainishaji wa vikundi vya hidroksili kwenye vitengo vya anhydroglucose katika mnyororo wa polima, na itaonyesha sifa tofauti ikilinganishwa na selulosi asilia. Mmenyuko wa uainishaji wa selulosi unaweza kutoa etha nyingi za selulosi mumunyifu katika maji, kama vile selulosi ya methyl (MC), selulosi ya hydroxyethyl (HEC) na selulosi ya hydroxypropyl (HPC), ambazo hutumika sana katika chakula, vipodozi, katika dawa na dawa. CE mumunyifu katika maji inaweza kuunda polima zilizounganishwa na hidrojeni zenye asidi ya polikaboksili na polifenoli.
Mkusanyiko wa tabaka kwa tabaka (LBL) ni njia bora ya kuandaa filamu nyembamba za polima zenye mchanganyiko. Ifuatayo inaelezea zaidi mkusanyiko wa LBL wa CE tatu tofauti za HEC, MC na HPC na PAA, inalinganisha tabia zao za mkusanyiko, na inachambua ushawishi wa vibadala kwenye mkusanyiko wa LBL. Chunguza athari ya pH kwenye unene wa filamu, na tofauti tofauti za pH kwenye uundaji na kuyeyuka kwa filamu, na uendeleze sifa za kunyonya maji za CE/PAA.
Nyenzo za Majaribio:
Asidi ya poliakriliki (PAA, Mw = 450,000). Mnato wa myeyusho wa maji wa 2wt.% wa hydroxyethylcellulose (HEC) ni 300 mPa·s, na kiwango cha ubadilishaji ni 2.5. Methylcellulose (MC, myeyusho wa maji wa 2wt.% wenye mnato wa 400 mPa·s na kiwango cha ubadilishaji wa 1.8). Selulosi ya hidroksipropili (HPC, myeyusho wa maji wa 2wt.% wenye mnato wa 400 mPa·s na kiwango cha ubadilishaji wa 2.5).
Maandalizi ya filamu:
Imetayarishwa kwa kutumia mkusanyiko wa safu ya fuwele kioevu kwenye silikoni kwa 25°C. Mbinu ya matibabu ya matrix ya slaidi ni kama ifuatavyo: loweka kwenye mchanganyiko wa asidi (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) kwa dakika 30, kisha suuza kwa maji yaliyosafishwa mara kadhaa hadi pH iwe neutral, na hatimaye ikauke kwa nitrojeni safi. Mchanganyiko wa LBL unafanywa kwa kutumia mashine otomatiki. Sehemu ya chini ya ardhi ililowekwa kwa njia mbadala kwenye mchanganyiko wa CE (0.2 mg/mL) na mchanganyiko wa PAA (0.2 mg/mL), kila mchanganyiko ulilowekwa kwa dakika 4. Milo mitatu ya suuza ya dakika 1 kila moja kwenye maji yaliyosafishwa ilifanywa kati ya kila mchanganyiko ili kuondoa polima iliyounganishwa kwa urahisi. Thamani za pH za mchanganyiko na mchanganyiko wa kusuuza zote zilirekebishwa hadi pH 2.0. Filamu zilizotayarishwa zinaonyeshwa kama (CE/PAA)n, ambapo n inaashiria mzunguko wa mchanganyiko. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 na (HPC/PAA)30 zilitayarishwa zaidi.
Uainishaji wa Filamu:
Spektra za kuakisi zilizo karibu na kawaida zilirekodiwa na kuchanganuliwa kwa kutumia NanoCalc-XR Ocean Optics, na unene wa filamu zilizowekwa kwenye silikoni ulipimwa. Kwa kutumia substrate tupu ya silikoni kama mandharinyuma, wigo wa FT-IR wa filamu nyembamba kwenye substrate ya silikoni ulikusanywa kwenye spektromita ya infrared ya Nicolet 8700.
Mwingiliano wa dhamana ya hidrojeni kati ya PAA na CE:
Mkusanyiko wa HEC, MC na HPC na PAA katika filamu za LBL. Spektra za infrared za HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA zinaonyeshwa kwenye mchoro. Ishara kali za IR za PAA na CES zinaweza kuonekana wazi katika spktra za IR za HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA. Spektraskopia ya FT-IR inaweza kuchambua mchanganyiko wa dhamana ya hidrojeni kati ya PAA na CES kwa kufuatilia mabadiliko ya bendi za unyonyaji. Mshikamano wa hidrojeni kati ya CES na PAA hutokea hasa kati ya oksijeni ya hidroksili ya CES na kundi la COOH la PAA. Baada ya kifungo cha hidrojeni kuundwa, kilele chekundu kinachonyooka huhama hadi mwelekeo wa masafa ya chini.
Kilele cha 1710 cm-1 kilizingatiwa kwa unga safi wa PAA. Wakati poliacrylamide ilipokusanywa katika filamu zenye CE tofauti, vilele vya filamu za HEC/PAA, MC/PAA na MPC/PAA vilikuwa katika 1718 cm-1, 1720 cm-1 na 1724 cm-1, mtawalia. Ikilinganishwa na unga safi wa PAA, urefu wa kilele wa filamu za HPC/PAA, MC/PAA na HEC/PAA ulibadilishwa kwa 14, 10 na 8 cm-1, mtawalia. Kifungo cha hidrojeni kati ya oksijeni ya etha na COOH hukatiza kifungo cha hidrojeni kati ya vikundi vya COOH. Vifungo vya hidrojeni zaidi vinavyoundwa kati ya PAA na CE, ndivyo mabadiliko ya kilele ya CE/PAA katika spektra za IR yanavyoongezeka. HPC ina kiwango cha juu zaidi cha mchanganyiko wa kifungo cha hidrojeni, PAA na MC ziko katikati, na HEC ndiyo ya chini kabisa.
Tabia ya ukuaji wa filamu mchanganyiko za PAA na CE:
Tabia ya kutengeneza filamu ya PAA na CE wakati wa mkusanyiko wa LBL ilichunguzwa kwa kutumia QCM na interferometry ya spektrali. QCM inafaa kwa kufuatilia ukuaji wa filamu katika hali halisi wakati wa mizunguko michache ya kwanza ya mkusanyiko. Interferomita za spektrali zinafaa kwa filamu zilizopandwa zaidi ya mizunguko 10.
Filamu ya HEC/PAA ilionyesha ukuaji wa mstari katika mchakato mzima wa kusanyiko la LBL, huku filamu za MC/PAA na HPC/PAA zikionyesha ukuaji wa kipeo katika hatua za mwanzo za kusanyiko na kisha kubadilishwa kuwa ukuaji wa mstari. Katika eneo la ukuaji wa mstari, kadiri kiwango cha ugumu kinavyoongezeka, ndivyo ukuaji wa unene unavyoongezeka kwa kila mzunguko wa kusanyiko.
Athari ya pH ya myeyusho kwenye ukuaji wa filamu:
Thamani ya pH ya myeyusho huathiri ukuaji wa filamu ya polima iliyounganishwa na hidrojeni. Kama polielektroliti dhaifu, PAA itabadilishwa kuwa ioni na kuchajiwa vibaya kadri pH ya myeyusho inavyoongezeka, na hivyo kuzuia muunganiko wa dhamana ya hidrojeni. Kiwango cha ioni cha PAA kilipofikia kiwango fulani, PAA haikuweza kukusanyika katika filamu yenye vipokezi vya dhamana ya hidrojeni katika LBL.
Unene wa filamu ulipungua kadri pH ya myeyusho inavyoongezeka, na unene wa filamu ulipungua ghafla katika pH2.5 HPC/PAA na pH3.0-3.5 HPC/PAA. Jambo muhimu la HPC/PAA ni takriban pH 3.5, huku ile ya HEC/PAA ikiwa takriban 3.0. Hii ina maana kwamba wakati pH ya myeyusho wa kusanyiko iko juu kuliko 3.5, filamu ya HPC/PAA haiwezi kuundwa, na wakati pH ya myeyusho iko juu kuliko 3.0, filamu ya HEC/PAA haiwezi kuundwa. Kutokana na kiwango cha juu cha mchanganyiko wa dhamana ya hidrojeni ya utando wa HPC/PAA, thamani muhimu ya pH ya utando wa HPC/PAA ni kubwa kuliko ile ya utando wa HEC/PAA. Katika myeyusho usio na chumvi, thamani muhimu ya pH ya myeyusho iliyoundwa na HEC/PAA, MC/PAA na HPC/PAA zilikuwa takriban 2.9, 3.2 na 3.7, mtawalia. pH muhimu ya HPC/PAA ni kubwa kuliko ile ya HEC/PAA, ambayo inaendana na ile ya utando wa LBL.
Utendaji wa kunyonya maji wa utando wa CE/PAA:
CES ina wingi wa vikundi vya hidroksili hivyo ina unyonyaji mzuri wa maji na uhifadhi wa maji. Kwa mfano, kwa kutumia utando wa HEC/PAA, uwezo wa kufyonza wa utando wa CE/PAA uliounganishwa na hidrojeni kwenye maji katika mazingira ulisomwa. Kwa sifa ya interferometri ya spektra, unene wa filamu huongezeka kadri filamu inavyofyonza maji. Iliwekwa katika mazingira yenye unyevunyevu unaoweza kurekebishwa kwa 25°C kwa saa 24 ili kufikia usawa wa unyonyaji wa maji. Filamu zilikaushwa katika oveni ya utupu (40°C) kwa saa 24 ili kuondoa kabisa unyevunyevu.
Kadri unyevu unavyoongezeka, filamu huzidi kuwa nene. Katika eneo lenye unyevu mdogo wa 30%-50%, ukuaji wa unene ni polepole. Wakati unyevu unazidi 50%, unene hukua haraka. Ikilinganishwa na utando wa PPVON/PAA uliounganishwa na hidrojeni, utando wa HEC/PAA unaweza kunyonya maji zaidi kutoka kwa mazingira. Chini ya hali ya unyevu wa 70% (25°C), kiwango cha unene wa filamu ya PPVON/PAA ni takriban 4%, huku kile cha filamu ya HEC/PAA kikiwa juu kama takriban 18%. Matokeo yalionyesha kuwa ingawa kiasi fulani cha vikundi vya OH katika mfumo wa HEC/PAA vilishiriki katika uundaji wa vifungo vya hidrojeni, bado kulikuwa na idadi kubwa ya vikundi vya OH vinavyoingiliana na maji katika mazingira. Kwa hivyo, mfumo wa HEC/PAA una sifa nzuri za kunyonya maji.
kwa kumalizia
(1) Mfumo wa HPC/PAA wenye kiwango cha juu zaidi cha uunganishaji wa hidrojeni cha CE na PAA una ukuaji wa haraka zaidi miongoni mwao, MC/PAA iko katikati, na HEC/PAA ndiyo ya chini kabisa.
(2) Filamu ya HEC/PAA ilionyesha hali ya ukuaji wa mstari katika mchakato mzima wa maandalizi, huku filamu zingine mbili za MC/PAA na HPC/PAA zikionyesha ukuaji wa kipeo katika mizunguko michache ya kwanza, na kisha zikabadilishwa kuwa hali ya ukuaji wa mstari.
(3) Ukuaji wa filamu ya CE/PAA unategemea sana pH ya suluhisho. Wakati pH ya suluhisho iko juu kuliko sehemu yake muhimu, PAA na CE haziwezi kukusanyika kuwa filamu. Utando wa CE/PAA uliokusanyika uliyeyuka katika myeyusho wa pH ya juu.
(4) Kwa kuwa filamu ya CE/PAA ina OH nyingi na COOH, matibabu ya joto huifanya iwe na uhusiano wa msalaba. Utando wa CE/PAA uliounganishwa msalaba una uthabiti mzuri na hauyeyuki katika myeyusho wa pH ya juu.
(5) Filamu ya CE/PAA ina uwezo mzuri wa kunyonya maji katika mazingira.
Muda wa chapisho: Februari-18-2023