1. Giới thiệu
Hiện nay, nguyên liệu chính được sử dụng trong quá trình chế biến làete xenlulozaĐó là cây bông, và sản lượng của nó đang giảm, trong khi giá cả lại đang tăng lên;
Hơn nữa, các chất ete hóa thường dùng như axit cloroaxetic (rất độc) và etylen oxit (gây ung thư) cũng gây hại nhiều hơn cho cơ thể người và môi trường.
Trong chương này, cellulose từ cây thông với độ tinh khiết tương đối hơn 90% được chiết xuất trong chương hai được sử dụng làm nguyên liệu thô, và natri cloroaxetat cùng 2-cloroetanol được sử dụng làm chất thay thế.
Sử dụng axit cloroaxetic cực độc làm chất ete hóa, anioncarboxymethyl cellulose (CMC)Các hydroxyethyl cellulose không ion đã được điều chế.
Cellulose (HEC) và hỗn hợp hydroxyethyl carboxymethyl cellulose (HECMC) ba ete cellulose. yếu tố đơn lẻ
Các kỹ thuật điều chế ba loại ete xenluloza đã được tối ưu hóa thông qua các thí nghiệm và thí nghiệm trực giao, và các ete xenluloza tổng hợp được đặc trưng bằng FT-IR, XRD, H-NMR, v.v.
Nguyên lý cơ bản của quá trình ete hóa xenluloza
Nguyên lý ete hóa xenluloza có thể được chia thành hai phần. Phần đầu tiên là quá trình kiềm hóa, tức là trong phản ứng kiềm hóa xenluloza,
Khi được phân tán đều trong dung dịch NaOH, xenluloza thông sẽ trương nở mạnh dưới tác động của khuấy cơ học và sự giãn nở của nước.
Một lượng lớn phân tử nhỏ NaOH đã thâm nhập vào bên trong xenluloza của cây thông và phản ứng với các nhóm hydroxyl trên vòng của đơn vị cấu trúc glucose.
Tạo ra xenluloza kiềm, trung tâm hoạt động của phản ứng ete hóa.
Phần thứ hai là quá trình ete hóa, tức là phản ứng giữa trung tâm hoạt động và natri cloroaxetat hoặc 2-cloroetanol trong điều kiện kiềm, tạo thành
Đồng thời, chất ete hóa natri cloroaxetat và 2-cloro etanol cũng sẽ tạo ra một lượng nước nhất định trong điều kiện kiềm.
Các phản ứng phụ được phân giải để tạo ra natri glycolat và etylen glycol.
2. Xử lý sơ bộ bằng phương pháp khử tinh thể kiềm đậm đặc đối với xenluloza thông.
Đầu tiên, pha dung dịch NaOH với nồng độ nhất định bằng nước khử ion. Sau đó, ở nhiệt độ nhất định, cho 2g sợi thông vào.
Vitamin được hòa tan trong một lượng dung dịch NaOH nhất định, khuấy đều trong một khoảng thời gian, sau đó lọc để sử dụng.
Nhà sản xuất mẫu thiết bị
Máy đo pH chính xác
Máy khuấy từ gia nhiệt nhiệt độ không đổi kiểu thu gom
Lò sấy chân không
Cân điện tử
Bơm chân không đa năng kiểu tuần hoàn nước
Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Máy nhiễu xạ tia X
Máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Công ty TNHH Dụng cụ Aolilong Hàng Châu
Công ty TNHH Thiết bị Đo lường Hàng Châu Huichuang
Công ty TNHH Thiết bị Thí nghiệm Thượng Hải Jinghong
Công ty TNHH Dụng cụ METTLER TOLEDO (Thượng Hải)
Công ty TNHH Dụng cụ Khoa học và Giáo dục Hàng Châu David
Công ty TNHH Thermo Fisher Hoa Kỳ
Công ty American Thermoelectric Switzerland ARL
Công ty BRUKER của Thụy Sĩ
35
Chuẩn bị CMC
Sử dụng cellulose kiềm từ gỗ thông đã được xử lý sơ bộ bằng phương pháp khử tinh thể kiềm đậm đặc làm nguyên liệu thô, sử dụng etanol làm dung môi và sử dụng natri cloroaxetat làm chất ete hóa.
CMC có DS cao hơn được điều chế bằng cách thêm kiềm hai lần và chất ete hóa hai lần. Cho 2g cellulose kiềm từ gỗ thông vào bình bốn cổ, sau đó thêm một lượng dung môi etanol nhất định và khuấy đều trong 30 phút.
Khuấy đều để cellulose kiềm được phân tán hoàn toàn. Sau đó, thêm một lượng chất kiềm nhất định và natri cloroaxetat vào phản ứng trong một khoảng thời gian nhất định ở nhiệt độ ete hóa nhất định.
Sau một thời gian, thêm chất kiềm và natri cloroaxetat lần thứ hai, tiếp theo là phản ứng ete hóa trong một khoảng thời gian. Sau khi phản ứng kết thúc, làm nguội và tiếp tục làm nguội.
Trung hòa bằng một lượng axit axetic băng thích hợp, sau đó lọc hút, rửa sạch và làm khô.
Chuẩn bị HEC
Sử dụng cellulose kiềm từ gỗ thông đã được xử lý sơ bộ bằng phương pháp khử tinh thể kiềm đậm đặc làm nguyên liệu thô, etanol làm dung môi và 2-chloroetanol làm chất ete hóa.
HEC có hàm lượng MS cao hơn được điều chế bằng cách thêm kiềm hai lần và chất ete hóa hai lần. Cho 2g cellulose kiềm từ gỗ thông vào bình bốn cổ, thêm một lượng etanol 90% (theo thể tích) nhất định, khuấy đều.
Khuấy đều trong một khoảng thời gian để phân tán hoàn toàn, sau đó thêm một lượng kiềm nhất định và đun nóng từ từ, thêm một lượng nhất định 2-
Chloroethanol được ete hóa ở nhiệt độ không đổi trong một khoảng thời gian, sau đó thêm natri hydroxit còn lại và 2-chloroethanol để tiếp tục ete hóa trong một khoảng thời gian khác.
Sau khi phản ứng hoàn tất, trung hòa bằng một lượng axit axetic băng nhất định, và cuối cùng lọc bằng bộ lọc thủy tinh (G3), rửa sạch và làm khô.
Chuẩn bị HEMCC
Sử dụng HEC được điều chế trong mục 3.2.3.4 làm nguyên liệu thô, etanol làm môi trường phản ứng và natri cloroaxetat làm chất ete hóa để chuẩn bị
HECMC. Quy trình cụ thể như sau: lấy một lượng HEC nhất định, cho vào bình bốn cổ 100 mL, sau đó thêm một lượng thể tích nhất định.
Cồn 90%, khuấy cơ học trong một thời gian để phân tán hoàn toàn, sau khi đun nóng, thêm một lượng kiềm nhất định, và từ từ thêm...
Natri cloroaxetat, quá trình ete hóa ở nhiệt độ không đổi kết thúc sau một khoảng thời gian. Sau khi phản ứng hoàn tất, trung hòa nó bằng axit axetic băng, sau đó sử dụng bộ lọc thủy tinh (G3)
Sau quá trình lọc hút, rửa và sấy khô.
Tinh chế ete xenluloza
Trong quá trình điều chế ete xenluloza, thường tạo ra một số sản phẩm phụ, chủ yếu là muối vô cơ natri clorua và một số chất khác.
tạp chất. Để cải thiện chất lượng ete xenluloza, quá trình tinh chế đơn giản đã được thực hiện trên ete xenluloza thu được, vì chúng có trong nước.
Do có độ hòa tan khác nhau, nên thí nghiệm sử dụng một tỷ lệ thể tích nhất định của etanol ngậm nước để tinh chế ba loại ete xenluloza đã được điều chế.
thay đổi.
Cho mẫu ete xenluloza đã chuẩn bị với chất lượng nhất định vào cốc thủy tinh, thêm một lượng etanol 80% đã được làm nóng trước đến 60℃ ~ 65℃, và khuấy cơ học ở 60℃ ~ 65℃ trên máy khuấy từ có gia nhiệt ổn định trong 10℃/phút. Lấy phần dung dịch phía trên để làm khô.
Trong một cốc thủy tinh sạch, dùng bạc nitrat để kiểm tra ion clorua. Nếu có kết tủa trắng, lọc kết tủa qua giấy lọc thủy tinh và lấy phần chất rắn.
Lặp lại các bước trên cho từng bộ phận cơ thể cho đến khi dịch lọc sau khi thêm 1 giọt dung dịch AgNO3 không còn kết tủa trắng, tức là quá trình tinh chế và rửa đã hoàn tất.
36
(chủ yếu để loại bỏ sản phẩm phụ của phản ứng là NaCl). Sau khi lọc hút chân không, sấy khô, làm nguội đến nhiệt độ phòng và cân.
khối lượng, gam.
Các phương pháp thử nghiệm và đặc tính hóa học của ete xenluloza
Xác định bậc thế (DS) và bậc thế mol (MS)
Xác định DS: Đầu tiên, cân 0,2 g (chính xác đến 0,1 mg) mẫu ete xenluloza đã được tinh chế và sấy khô, hòa tan trong
Cho 80mL nước cất vào, khuấy đều trong bể nước ổn định nhiệt độ ở 30℃~40℃ trong 10 phút. Sau đó điều chỉnh bằng dung dịch axit sulfuric hoặc dung dịch NaOH.
Điều chỉnh độ pH của dung dịch cho đến khi đạt pH 8. Sau đó, trong một cốc thủy tinh có gắn điện cực của máy đo pH, sử dụng dung dịch axit sulfuric chuẩn.
Để chuẩn độ, trong điều kiện khuấy đều, quan sát chỉ số pH của máy đo pH trong khi chuẩn độ. Khi giá trị pH của dung dịch đạt đến 3,74,
Quá trình chuẩn độ kết thúc. Ghi lại thể tích dung dịch axit sulfuric chuẩn đã sử dụng tại thời điểm này.
Thế hệ:
Tổng của các số proton phía trên và nhóm hydroxyethyl
Tỷ lệ số lượng proton phía trên; I7 là khối lượng của nhóm metylen trên nhóm hydroxyetyl
Cường độ của đỉnh cộng hưởng proton; là cường độ của đỉnh cộng hưởng proton của 5 nhóm metin và một nhóm metylen trên đơn vị glucose xenluloza.
Tổng.
Các phương pháp thử nghiệm được mô tả để kiểm tra đặc tính quang phổ hồng ngoại của ba loại ete xenluloza CMC, HEC và HEECMC.
Pháp luật
3.2.4.3 Thử nghiệm XRD
Phân tích nhiễu xạ tia X: Thử nghiệm đặc trưng của ba loại ete xenluloza CMC, HEC và HEECMC.
Phương pháp thử nghiệm được mô tả.
3.2.4.4 Thử nghiệm H-NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hydro (H NMR) của HEC được đo bằng máy đo phổ H NMR Avance400 do BRUKER sản xuất.
Sử dụng dimethyl sulfoxide đã được deuter hóa làm dung môi, dung dịch được kiểm tra bằng phương pháp quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân hydro lỏng. Tần số kiểm tra là 75,5MHz.
Dung dịch ấm, thể tích 0,5mL.
3.3 Kết quả và phân tích
3.3.1 Tối ưu hóa quy trình điều chế CMC
Sử dụng xenluloza thông được chiết xuất trong chương hai làm nguyên liệu thô, và sử dụng natri cloroaxetat làm chất ete hóa, phương pháp thí nghiệm đơn yếu tố đã được áp dụng.
Quy trình điều chế CMC đã được tối ưu hóa, và các biến số ban đầu của thí nghiệm được thiết lập như trong Bảng 3.3. Sau đây là quy trình điều chế HEC.
Trong nghệ thuật, đó là sự phân tích các yếu tố khác nhau.
Bảng 3.3 Giá trị ban đầu của các yếu tố
Hệ số Giá trị ban đầu
Nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý/℃ 40
Thời gian kiềm hóa tiền xử lý/giờ 1
Tỷ lệ chất rắn-chất lỏng trong quá trình tiền xử lý (g/mL) là 1:25
Nồng độ dung dịch kiềm xử lý sơ bộ/% 40
38
Nhiệt độ ete hóa giai đoạn đầu/℃ 45
Thời gian ete hóa giai đoạn đầu/giờ 1
Nhiệt độ ete hóa giai đoạn thứ hai/℃ 70
Thời gian ete hóa giai đoạn hai/giờ 1
Liều lượng cơ bản trong giai đoạn ete hóa/g 2
Lượng chất ete hóa trong giai đoạn ete hóa/g 4,3
Tỷ lệ chất rắn-lỏng đã được ete hóa/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến mức độ thay thế CMC trong giai đoạn kiềm hóa tiền xử lý
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thế của CMC
Để xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thế trong CMC thu được, trong trường hợp giữ nguyên các yếu tố khác làm giá trị ban đầu,
Trong điều kiện đã nêu, ảnh hưởng của nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thay thế CMC được thảo luận và kết quả được thể hiện trong Hình.
Nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý/℃
Ảnh hưởng của nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thay thế CMC
Có thể thấy rằng mức độ thay thế CMC tăng lên khi nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý tăng, và nhiệt độ kiềm hóa là 30 °C.
Mức độ thế trên giảm dần khi nhiệt độ tăng. Điều này là do nhiệt độ kiềm hóa quá thấp, khiến các phân tử kém hoạt động và không thể...
Nó phá hủy hiệu quả vùng tinh thể của xenluloza, khiến cho chất ete hóa khó thâm nhập vào bên trong xenluloza trong giai đoạn ete hóa, và mức độ phản ứng tương đối cao.
thấp, dẫn đến mức độ thay thế sản phẩm thấp hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ kiềm hóa không nên quá cao. Khi nhiệt độ tăng, dưới tác động của nhiệt độ cao và kiềm mạnh,
Cellulose dễ bị phân hủy do oxy hóa, và mức độ thay thế của sản phẩm CMC giảm đi.
2. Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thay thế CMC
Trong điều kiện nhiệt độ kiềm hóa sơ bộ là 30 °C và các yếu tố khác giữ nguyên giá trị ban đầu, bài viết này thảo luận về ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa sơ bộ đến CMC.
Hiệu ứng thay thế. Mức độ thay thế
thời gian kiềm hóa tiền xử lý/giờ
Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa trước khi xử lý đếnCMCmức độ thay thế
Quá trình làm phồng diễn ra tương đối nhanh, nhưng dung dịch kiềm cần một khoảng thời gian khuếch tán nhất định trong sợi.
Có thể thấy rằng khi thời gian kiềm hóa là 0,5-1,5 giờ, mức độ thế của sản phẩm tăng lên cùng với sự tăng thời gian kiềm hóa.
Mức độ thay thế của sản phẩm thu được cao nhất khi thời gian là 1,5 giờ, và mức độ thay thế giảm dần khi thời gian tăng lên sau 1,5 giờ. Điều này có thể
Có thể là do ở giai đoạn đầu của quá trình kiềm hóa, khi kéo dài thời gian kiềm hóa, sự thẩm thấu của kiềm vào cellulose diễn ra hiệu quả hơn, nhờ đó sợi được cải thiện.
Cấu trúc chính trở nên linh hoạt hơn, làm tăng tác nhân ete hóa và môi trường hoạt động.
Thời gian đăng bài: 26/04/2024