कागज उत्पादन के लिए सेलूलोज़ नैनोफाइबर का त्वरित निर्जलीकरण

लैक्टिक एसिड (एलए) संशोधन के साथ संयोजन में सोनिकेशन कागज उत्पादन के लिए सेलूलोज़ नैनोफाइबर (सीएनएफ) की ओसिंग प्रक्रिया को तेज करने के लिए एक पर्यावरण के अनुकूल दृष्टिकोण है। सेलूलोज़ नैनोफाइबर अपने उच्च जल प्रतिधारण के लिए जाने जाते हैं, जिससे जल निकासी प्रक्रिया में महत्वपूर्ण देरी होती है, नैनोपेपर तैयार करने और अन्य नैनोसेल्यूलोज अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण कदम होता है। विधि सोनिकेशन के तहत लैक्टिक एसिड द्वारा सेलूलोज़ हाइड्रॉक्सिल समूहों के एस्टरीफिकेशन के माध्यम से, 45 मिनट से 10 मिनट तक जल निकासी के समय को 75% तक कम कर देती है। यह संशोधन निलंबन चिपचिपाहट को भी कम करता है और औद्योगिक रूप से स्केलेबल साबित होता है, जो सेलूलोज़ नैनोफाइबर-आधारित उत्पादों की दक्षता और उत्पादन दर को बढ़ाने के लिए एक व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है।

सोनिकेशन के तहत लैक्टिक एसिड संशोधित सेलूलोज़ नैनोफाइबर का तेजी से निर्जलीकरण
(अध्ययन और छवि: ©सेठी एट अल।

अल्ट्रासोनिक लैक्टिक एसिड संशोधन के माध्यम से सेलूलोज़ नैनोफाइबर की बढ़ी हुई ओसिंग दक्षता

सेलूलोज़ नैनोफाइबर (CNFs) कागज उत्पादन में उनके कई लाभों के लिए मनाया जाता है, जैसे कि ताकत बढ़ाना और रियोलॉजी को संशोधित करना। हालांकि, एक महत्वपूर्ण दोष सेलूलोज़ नैनोफाइबर निलंबन से पानी निकालने के लिए आवश्यक समय की अत्यधिक मात्रा है, जो नैनोपेपर तैयार करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह चुनौती न केवल नैनोपेपर उत्पादन को प्रभावित करती है बल्कि अन्य तैयार उत्पादों में नैनोसेल्यूलोज के औद्योगिक प्रसंस्करण में भी बाधा डालती है। लंबे समय तक जल निकासी का समय मुख्य रूप से सेलूलोज़ नैनोफाइबर द्वारा उच्च जल प्रतिधारण के कारण होता है, जो सेलूलोज़ नैनोफाइबर-व्युत्पन्न उत्पादों के व्यावसायीकरण में एक बाधा है।
नीचे, हम आपको सेठी और सहयोगियों (2018) द्वारा एक वैज्ञानिक अध्ययन के परिणाम प्रस्तुत करते हैं, जिन्होंने सेलूलोज़ नैनोफाइबर के अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त लैक्टिक एसिड संशोधन विकसित किया है, जिससे सीएनएफ के 75% तेजी से ओसिंग और बेहतर सामग्री कार्यात्मकता होती है।

लैक्टिक एसिड के साथ सेलूलोज़ नैनोफाइबर का अल्ट्रासोनिक संशोधन

इस मुद्दे को हल करने के लिए, सेलूलोज़ नैनोफाइबर की सतह को संशोधित करने के लिए सोनिकेशन ऊर्जा और लैक्टिक एसिड (एलए) से जुड़े एक पर्यावरण के अनुकूल, जल-आधारित दृष्टिकोण विकसित किया गया है। यह विधि ओसिंग प्रक्रिया को काफी तेज करती है, जिससे जल निकासी का समय 75% तक कम हो जाता है।
संशोधन प्रक्रिया में सेलूलोज़ नैनोफाइबर निलंबन को 0.35 wt.% की एकाग्रता में पतला करना और सेलूलोज़ नैनोफाइबर सूखी सामग्री (निलंबन में सेलूलोज़ नैनोफाइबर सूखी सामग्री के 0.5 गुना, 1 बार, 5 गुना और 10 गुना) के सापेक्ष विभिन्न मात्रा में लैक्टिक एसिड जोड़ना शामिल है। नैनोफाइबर, पानी और लैक्टिक एसिड को 5 मिनट के लिए 1500 आरपीएम पर एक उच्च गति उत्तेजक का उपयोग करके मिलाया जाता है और फिर टाइटेनियम टिप (व्यास में 22 मिमी) से लैस एक हिल्स्चर UP400S सोनिकेटर के साथ sonicated किया जाता है। सोनिकेशन विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर आयोजित किया जाता है, जिसमें 600 J/ml की अधिकतम ऊर्जा प्रदान की जाती है, जो 10 मिनट के सोनिकेशन के अनुरूप होती है।

जल निकासी समय पर प्रभाव

अल्ट्रासोनिक-लैक्टिक एसिड संशोधन का सेलूलोज़ नैनोफाइबर निलंबन के जल निकासी समय पर गहरा प्रभाव पड़ता है। संदर्भ निलंबन को ओसिंग के लिए लगभग 45 मिनट लगते हैं। सोनिकेशन-असिस्टेड लैक्टिक एसिड संशोधन के बाद, यह समय 10% सुधार का प्रतिनिधित्व करते हुए 75 मिनट तक कम हो जाता है। यहां तक कि हल्के सोनिकेशन (5 जे / एमएल) के साथ, जल निकासी का समय 23 मिनट तक आधा हो जाता है। बढ़ती सोनिकेशन ऊर्जा के साथ जल निकासी का समय कम हो जाता है, अंततः लगभग 10 मिनट में एक पठार तक पहुंच जाता है।
इस सुधार को लैक्टिक एसिड के हाइड्रोफोबिक moieties के साथ सेलूलोज़ के हाइड्रोफिलिक हाइड्रॉक्सिल समूहों के प्रतिस्थापन के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। हाइड्रॉक्सिल समूह मुख्य रूप से उच्च जल प्रतिधारण के लिए जिम्मेदार हैं। लैक्टिक एसिड, अपने कार्बोक्जिलिक समूह के साथ, सोनिकेशन के तहत सेलूलोज़ के हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ एक एस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया में भाग ले सकता है। सोनिकेशन तरल माध्यम में माइनसक्यूल वैक्यूम गुहाएं बनाता है, जो चरम स्थितियों (5000 K तापमान और 1000 एटीएम दबाव) का उत्पादन करने के लिए ढह जाता है, जो एस्टरीफिकेशन सहित रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है।

नैनोपेपर तैयार करने के लिए सोनिकेशन ऊर्जा बनाम ड्रेनिंग समय (मिनटों में) (सीएनएफ (1) एलए नमूने के अनुरूप)।
100 J/ml सोनीशन ऊर्जा 100 सेकंड के सोनिकेशन आदि से मेल खाती है।
(अध्ययन और छवि: ©सेठी एट अल।

सेलूलोज़ नैनोफाइबर सस्पेंशन की चिपचिपाहट में कमी

सोनिकेशन ऊर्जा सेलूलोज़ नैनोफाइबर निलंबन की चिपचिपाहट में कमी में भी योगदान देती है। श्यानता सोनिकेशन ऊर्जा के व्युत्क्रमानुपाती होती है, जिसमें सबसे कम चिपचिपाहट 600 J/ml पर देखी जाती है, इसके बाद 300 J/ml और 60 J/ml होती है। चिपचिपाहट में यह कमी आगे ओसिंग दक्षता में सुधार करने में सहायता करती है।

अल्ट्रासोनिक सेलूलोज़ नैनोफाइबर संशोधन की औद्योगिक प्रासंगिकता

अल्ट्रासोनिक-लैक्टिक एसिड संशोधन विधि न केवल प्रभावी है, बल्कि औद्योगिक अनुप्रयोगों के साथ भी संगत है। बड़ी मात्रा में प्रसंस्करण को संभालने में सक्षम Hielscher अत्याधुनिक sonicators कुशलता से कार्य को पूरा कर सकते हैं, जिससे यह विधि बड़े पैमाने पर संचालन के लिए उपयुक्त हो जाती है।
इसके अतिरिक्त, यह दृष्टिकोण पेपर शीट में 10 wt.% सेलूलोज़ नैनोफाइबर तक शामिल करने की अनुमति देता है, जिसमें अनमॉडिफाइड सेलूलोज़ नैनोफाइबर के लिए 23 मिनट की तुलना में केवल 2 मिनट में ओसिंग पूरी हो जाती है। यह महत्वपूर्ण सुधार पेपरमेकिंग में सेलूलोज़ नैनोफाइबर के उपयोग में क्रांति ला सकता है, उनके व्यावसायीकरण में प्रमुख बाधाओं में से एक पर काबू पा सकता है।

सेलूलोज़ नैनोफाइबर और पेपर उत्पादन के लिए Sonicators

नीचे दी गई तालिका आपको हमारे जांच-प्रकार के सोनिकेटर्स की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

डिजाइन, विनिर्माण और परामर्श – गुणवत्ता जर्मनी में निर्मित

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपने उच्चतम गुणवत्ता और डिजाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन औद्योगिक सुविधाओं में हमारे अल्ट्रासोनिकेटर के सुचारू एकीकरण की अनुमति देता है। किसी न किसी स्थिति और मांग वातावरण आसानी से Hielscher ultrasonicators द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं।

Hielscher Ultrasonics एक आईएसओ प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी और उपयोगकर्ता-मित्रता की विशेषता वाले उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर पर विशेष जोर देती है। बेशक, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर सीई के अनुरूप हैं और उल, सीएसए और RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।