Qogʻoz ishlab chiqarish uchun sellyuloza nanotolalaridan suvni chiqarishni tezlashtirish

Ultratovush bilan ishlov berishni sut kislotasi (LA) bilan modifikatsiyalash bilan birgalikda qoʻllash qogʻoz ishlab chiqarish uchun sellyuloza nanotolalaridan (CNFs) suvni chiqarish jarayonini tezlashtirishning ekologik toza usulidir. Sellyuloza nanotolalari suvni yuqori darajada ushlab turishi bilan mashhur boʻlib, bu nanoqogʻoz tayyorlash va nanosellyulozani boshqa sohalarda qoʻllashning muhim bosqichi boʻlgan suvni oqizib chiqarish jarayonini sezilarli darajada kechiktiradi. Ushbu usul ultratovush bilan ishlov berish paytida sellyulozaning gidroksil guruhlarini sut kislotasi yordamida eterifikatsiyalash orqali suvni oqizib chiqarish vaqtini 75% ga, yaʼni 45 daqiqadan 10 daqiqagacha qisqartiradi. Bu modifikatsiya suspenziya qovushqoqligini ham pasaytiradi va uni sanoat miqyosiga kengaytirish mumkinligini koʻrsatib, sellyuloza nanotolalari asosidagi mahsulotlarning ishlab chiqarish samaradorligi va tezligini oshirish uchun amaliy yechim taklif etadi.

Ultratovush bilan ishlov berish paytida sut kislotasi bilan modifikatsiyalangan sellyuloza nanotolalaridan suvni tez chiqarish
(Tadqiqot va tasvir: ©Sethi et al., 2018)

Ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalash orqali sellyuloza nanotolalaridan suvni chiqarish samaradorligini oshirish

Sellyuloza nanotolalari (CNFs) qogʻoz ishlab chiqarishda mustahkamlikni oshirish va reologiyani oʻzgartirish kabi koʻplab afzalliklari bilan mashhur. Biroq muhim kamchiliklardan biri sellyuloza nanotolalari suspenziyalaridan suvni oqizib chiqarish uchun haddan tashqari koʻp vaqt talab etilishidir; bu nanoqogʻoz tayyorlashning muhim bosqichidir. Ushbu qiyinchilik nafaqat nanoqogʻoz ishlab chiqarishga taʼsir qiladi, balki nanosellyulozani sanoat miqyosida boshqa tayyor mahsulotlarga qayta ishlashga ham toʻsqinlik qiladi. Suvni oqizib chiqarish vaqtining uzoqligi, asosan, sellyuloza nanotolalarining suvni yuqori darajada ushlab turishi bilan bogʻliq boʻlib, bu sellyuloza nanotolalaridan olinadigan mahsulotlarni tijoratlashtirishdagi cheklovchi omildir.
Quyida Sethi va hamkasblari (2018) olib borgan ilmiy tadqiqot natijalarini taqdim etamiz. Ular sellyuloza nanotolalarini ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalash usulini ishlab chiqdilar; bu CNFlardan suvni 75% tezroq chiqarishga va materialning funksional xususiyatlarini yaxshilashga olib keladi.

Sellyuloza nanotolalarini ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalash

Ushbu muammoni hal qilish uchun sellyuloza nanotolalari sirtini modifikatsiyalashga moʻljallangan, ultratovush bilan ishlov berish energiyasi va sut kislotasidan (LA) foydalanadigan ekologik toza, suv asosidagi usul ishlab chiqilgan. Bu usul suvni chiqarish jarayonini sezilarli darajada tezlashtirib, suvni oqizib chiqarish vaqtini 75% gacha qisqartiradi.
Modifikatsiyalash jarayoni sellyuloza nanotolalari suspenziyalarini 0,35 wt.% konsentratsiyagacha suyultirish va sellyuloza nanotolalarining quruq modda miqdoriga nisbatan turli miqdorlarda sut kislotasi qoʻshishni oʻz ichiga oladi (suspenziyadagi sellyuloza nanotolalarining quruq modda miqdoridan 0,5 baravar, 1 baravar, 5 baravar va 10 baravar). Nanotolalar, suv va sut kislotasi yuqori tezlikdagi aralashtirgich yordamida 1500 rpm tezlikda 5 daqiqa davomida aralashtiriladi, soʻngra titan uchlik (diametri 22 mm) bilan jihozlangan Hielscher UP400S ultratovushli qurilmasi yordamida ultratovush bilan ishlov beriladi. Ultratovush bilan ishlov berish turli energiya darajalarida amalga oshiriladi; beriladigan eng katta energiya 600 J/ml boʻlib, bu ultratovush bilan 10 daqiqa ishlov berishga mos keladi.

Suvni oqizib chiqarish vaqtiga taʼsiri

Ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalash sellyuloza nanotolalari suspenziyalaridan suvni oqizib chiqarish vaqtiga kuchli taʼsir koʻrsatadi. Taqqoslash uchun olingan suspenziyadan suvni chiqarish taxminan 45 daqiqa davom etadi. Ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalashdan keyin bu vaqt 10 daqiqagacha qisqaradi, bu esa 75% yaxshilanishni anglatadi. Hatto past energiyada ultratovush bilan ishlov berilganda ham (5 J/ml), suvni oqizib chiqarish vaqti yarmiga qisqarib, 23 daqiqani tashkil etadi. Ultratovush bilan ishlov berish energiyasi ortishi bilan suvni oqizib chiqarish vaqti kamayadi va oxir-oqibat taxminan 10 daqiqada barqaror darajaga yetadi.
Bu yaxshilanish sellyulozaning gidrofil gidroksil guruhlari sut kislotasining gidrofob qismlari bilan almashinishiga bogʻlanadi. Suvning yuqori darajada ushlab turilishiga, asosan, gidroksil guruhlari sabab boʻladi. Sut kislotasi oʻzining karboksil guruhi orqali ultratovush bilan ishlov berish paytida sellyulozaning gidroksil guruhlari bilan eterifikatsiya reaksiyasida ishtirok etishi mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish suyuq muhitda juda kichik vakuum boʻshliqlarini hosil qiladi; ular qulab, kimyoviy reaksiyalarni, jumladan, eterifikatsiyani boshlash uchun yetarli boʻlgan ekstremal sharoitlarni (5000 K harorat va 1000 atm bosim) yuzaga keltiradi.

Nanoqogʻoz tayyorlashda ultratovush bilan ishlov berish energiyasi va suvni oqizib chiqarish vaqti (daqiqalarda) oʻrtasidagi bogʻliqlik (CNF(1)LA namunasiga mos keladi).
Ultratovush bilan ishlov berishning 100 J/ml energiyasi ultratovush bilan 100 soniya ishlov berishga mos keladi va hokazo.
(Tadqiqot va tasvir: ©Sethi et al., 2018)

Sellyuloza nanotolalari suspenziyalarining qovushqoqligini kamaytirish

Ultratovush bilan ishlov berish energiyasi sellyuloza nanotolalari suspenziyalarining qovushqoqligini kamaytirishga ham yordam beradi. Qovushqoqlik ultratovush bilan ishlov berish energiyasiga teskari proporsional boʻlib, eng past qovushqoqlik 600 J/ml da kuzatiladi, undan keyin 300 J/ml va 60 J/ml turadi. Qovushqoqlikning bu kamayishi suvni chiqarish samaradorligini yanada oshirishga yordam beradi.

Sellyuloza nanotolalarini ultratovush yordamida modifikatsiyalashning sanoatdagi ahamiyati

Ultratovush yordamida sut kislotasi bilan modifikatsiyalash usuli nafaqat samarali, balki sanoatda qoʻllashga ham mos keladi. Katta hajmlarga ishlov bera oladigan, eng zamonaviy Hielscher ultratovushli qurilmalari bu vazifani samarali bajara oladi, shu sababli ushbu usul keng miqyosdagi amaliyotlar uchun mosdir.
Bundan tashqari, bu usul qogʻoz varaqlariga 10 wt.% gacha sellyuloza nanotolasi kiritish imkonini beradi; bunda suvni chiqarish atigi 2 daqiqada yakunlanadi, modifikatsiyalanmagan sellyuloza nanotolalari uchun esa bu vaqt 23 daqiqani tashkil etadi. Ushbu sezilarli yaxshilanish sellyuloza nanotolalarini tijoratlashtirishdagi asosiy toʻsiqlardan birini yengib, ularning qogʻoz ishlab chiqarishda qoʻllanilishini tubdan oʻzgartirishi mumkin.

Sellyuloza nanotolalari va qogʻoz ishlab chiqarish uchun ultratovushli qurilmalar

Quyidagi jadval zond turidagi ultratovushli qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovushli qurilmalari eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va ishlatishning osonligi ultratovushli qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz integratsiyalash imkonini beradi. Hielscher ultratovushli qurilmalari ogʻir sharoitlar va yuqori talab qoʻyiladigan muhitlarda oson ishlaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanish qulayligiga ega yuqori unumdor ultratovushli qurilmalarga alohida eʼtibor qaratadi. Albatta, Hielscher ultratovushli qurilmalari CE talablariga mos keladi hamda UL, CSA va RoHs talablarini qondiradi.