Nanotuzilmali sellyulozani ultratovush yordamida ishlab chiqarish
Nanosellyuloza yuqori samaradorlikka ega ajoyib qoʻshimcha boʻlib, reologiyani oʻzgartiruvchi modda, mustahkamlovchi vosita va turli ilgʻor materiallarning asosiy tarkibiy qismi sifatida koʻp qirrali qoʻllanishi bilan mashhurlik qozongan. Tarkibida sellyuloza boʻlgan har qanday manbadan olinadigan bu nanotuzilmali fibrillalarni yuqori quvvatli ultratovushli gomogenizatsiya va maydalash orqali samarali ajratib olish mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish deb ataladigan bu jarayon fibrillanishni sezilarli darajada kuchaytiradi, natijada nanosellyuloza chiqimi oshadi va yanada mayda, ingichka tolalar hosil boʻladi. Ultratovush texnologiyasi oʻta kuchli kavitatsion siljish kuchlarini hosil qilish qobiliyati tufayli anʼanaviy ishlab chiqarish usullaridan ustun turadi va shu sababli nanosellyuloza ishlab chiqarish uchun ajoyib vosita hisoblanadi.
Nanosellyulozani ultratovush yordamida ishlab chiqarish
Yuqori quvvatli ultratovush yogʻoch, lignosellyulozali tolalar (sellyuloza massasi tolalari) va tarkibida sellyuloza boʻlgan qoldiqlar kabi sellyulozali materiallarning turli manbalaridan mikro- va nanosellyulozani ekstraksiya qilish va ajratib olishga yordam beradi.
Oʻsimlik tolalarini dastlabki materialdan ajratish uchun ultratovush yordamida maydalash va gomogenizatsiya qilish juda katta hajmlarga ishlov berish imkonini beradigan kuchli va ishonchli usuldir. Sellyuloza massasi oqim liniyasidagi sonoreaktorga uzatiladi; unda ultratovush hosil qiladigan kuchli siljish kuchlari biomassaning hujayra tuzilishini buzadi va natijada fibrillali modda ajralib chiqadi.
Nanosellyuloza suspenziyalari ultratovush bilan ishlov berish yordamida ishonchli tarzda dispersiyalanadi. Rasmda davriy ishlov berish tizimidagi yuqori samarali UIP2000hdT ultratovush qurilmasi koʻrsatilgan.
[Bittencourt et al. 2008]
Fermentativ gidrolizdan oʻtkazilgan va Hielscher UP400S ultratovush qurilmasi yordamida 20 daqiqa davomida ultratovush bilan ishlov berilgan «Hech qachon quritilmagan paxta»ning (NDC) TEM tasviri. [Bittencourt et al. 2008]
Quyidagi 2-rasmda fermentativ gidrolizdan oʻtkazilgan, soʻng Hielscher UP400S modelidagi ultratovush qurilmasi yordamida ultratovush bilan ishlov berilgan viskoza plyonkasining SEM tasviri koʻrsatilgan.
[Bittencourt et al. 2008]
Fermentativ gidrolizdan oʻtkazilgan, soʻng UP400S yordamida ultratovush bilan ishlov berilgan viskoza plyonkasining SEM tasviri [Bittencourt et al. 2008]
Nanosellyulozaga ultratovush bilan ishlov berishni TEMPO yordamida oksidlangan tolalarga ishlov berish bilan ham muvaffaqiyatli birlashtirish mumkin. TEMPO jarayonida sellyuloza nanotolalari katalizator sifatida 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oksil (TEMPO), shuningdek natriy bromid (NaBr) va natriy gipoxlorit (NaOCl) ishlatiladigan oksidlash tizimi orqali ishlab chiqariladi. Tadqiqotlar oksidlash ultratovush taʼsirida amalga oshirilganda uning samaradorligi sezilarli darajada oshishini isbotlagan.
Nanosellyulozani ultratovush yordamida dispersiyalash
Nanosellyuloza dispersiyalari nanosellyulozaning past konsentratsiyalarida ham yuqori qovushqoqlikka ega boʻlgani tufayli favqulodda reologik xususiyatlarni namoyon etadi. Shu sababli nanosellyuloza turli qoʻllanishlar, masalan, qoplama, qogʻoz yoki oziq-ovqat sanoati uchun reologiyani oʻzgartiruvchi modda, stabilizator va gel hosil qiluvchi modda sifatida juda qiziqarli qoʻshimcha hisoblanadi. Oʻzining noyob xususiyatlarini namoyon etishi uchun nanosellyuloza boʻlishi kerak
Ultratovush yordamida dispersiyalash mayda oʻlchamli, alohida-alohida dispersiyalangan nanosellyuloza olish uchun ideal usuldir. Nanosellyulozaning qovushqoqligi siljish taʼsirida keskin kamaygani uchun yuqori quvvatli ultratovush nanosellyuloza suspenziyalarini tayyorlashda afzal texnologiya hisoblanadi, chunki yuqori quvvatli ultratovush energiyasining suyuqliklarga uzatilishi oʻta kuchli siljish kuchlarini hosil qiladi.
Suyuqliklardagi ultratovush kavitatsiyasi haqida batafsil maʼlumot olish uchun shu yerni bosing!
Nanokristalli sellyuloza sintezidan soʻng yakuniy mahsulotni (masalan, nanokompozitlar, reologiyani oʻzgartiruvchi modda va hokazo) tayyorlash uchun nanosellyuloza koʻpincha suyuq muhitga, masalan, qutbsiz erituvchiga yoki dimetilformamid (DMF) kabi qutbli erituvchiga ultratovush yordamida dispersiyalanadi. CNFlar turli tarkiblarda qoʻshimcha sifatida ishlatilgani sababli ishonchli dispersiyalash nihoyatda muhimdir. Ultratovush bilan ishlov berish barqaror va bir tekis dispersiyalangan fibrillalarni hosil qiladi.
Sellyuloza nanokristallarining ultratovush yordamida oʻz-oʻzidan yigʻilishi
Ultratovush bilan ishlov berish gidroliz natijasida hosil boʻlgan agregatlarni parchalash, tutamlarni dispersiyalash va zarrachalar oʻrtasidagi oʻzaro taʼsiri takrorlanuvchan boʻlgan yanada bir jinsli suspenziyalarni hosil qilish orqali sellyuloza nanokristallarini (CNC) sintez qilish va ularga ishlov berishda muhim imkoniyat yaratadi. CNC odatda kislotali gidroliz orqali hosil qilinsa-da, olingan material koʻpincha ishonchli oʻz-oʻzidan yigʻilishga toʻsqinlik qilishi va reologik hamda optik xususiyatlarning partiyadan partiyaga oʻzgarishiga olib kelishi mumkin boʻlgan toʻplangan sohalarni oʻz ichiga oladi. Sintezdan keyin boshqariladigan ultratovush energiyasini qoʻllash dispersiya sifatini yaxshilaydi va CNC morfologiyasini standartlashtirishga yordam beradi; bu barqaror xolesterik tartiblanish, oldindan bashorat qilinadigan gellanish xususiyatlari va CNC asosidagi funksional materiallar ishlab chiqarish koʻlamini oshirish uchun nihoyatda muhimdir. CNCning ultratovush yordamida ragʻbatlantiriladigan oʻz-oʻzidan yigʻilishi haqida batafsil maʼlumot oling!
Sellyuloza nanotolalarini suvsizlantirishni ultratovush yordamida yaxshilash
Sellyuloza nanotolalarini ultratovush yordamida kuchaytirilgan suvsizlantirish suvni chiqarib tashlash samaradorligini sezilarli darajada oshiradigan ilgʻor usuldir – bu sellyuloza nanotolalarini nanoqogʻoz ishlab chiqarish uchun juda jozibador qoʻshimchaga aylantiradi. Nanosellyuloza tolalari suvni ushlab turish qobiliyati yuqori boʻlgani sababli odatda koʻp vaqt talab qiladigan suvsizlantirishga muhtoj boʻladi. Ultratovush toʻlqinlarini qoʻllash orqali kuchli kavitatsion kuchlar hosil qilinib, bu jarayon tezlashtiriladi; ushbu kuchlar suv matritsasini buzadi va suvning tezroq, bir tekisroq chiqarilishiga yordam beradi. Bu quritish vaqtini kamaytirish bilan birga, hosil boʻladigan sellyuloza nanotolalarining tuzilmaviy yaxlitligi va mexanik xususiyatlarini ham yaxshilaydi, shu sababli yuqori sifatli nanoqogʻozlar va boshqa nanomateriallar ishlab chiqarishda juda samarali usul hisoblanadi.
Nanoqogʻozni ultratovush yordamida suvsizlantirish haqida batafsil maʼlumot oling!
Yuqori quvvatli ultratovush yordamida nanosellyulozani sanoat miqyosida ishlab chiqarish
Hielscher Ultrasonics kichik laboratoriya ultratovush qurilmalaridan tortib yirik sanoat tizimlarigacha boʻlgan, nanosellyulozaga tijorat miqyosida ishlov berish uchun ideal, kuchli va ishonchli ultratovush yechimlarining keng assortimentini taklif etadi. Hielscher sanoat zond tipidagi ultratovush qurilmalarining asosiy afzalligi turli oʻlcham va geometrik shakllarda mavjud boʻlgan oqimli sonoreaktorlari orqali optimal ultratovush sharoitlarini taʼminlash qobiliyatidadir. Bu reaktorlar ultratovush energiyasining sellyuloza materialiga izchil va bir tekis uzatilishini taʼminlaydi, bu esa ishlov berishning yanada yuqori natijalariga olib keladi.
UIP1000hdT, UIP2000hdT va UIP4000hdT kabi Hielscher stol usti ultratovush qurilmalari kuniga bir necha kilogramm nanosellyuloza ishlab chiqarishga qodir boʻlib, oʻrta miqyosdagi ishlab chiqarish ehtiyojlariga mos keladi. Yirik miqyosdagi tijorat ishlab chiqarishi uchun UIP10000 va UIP16000hdT kabi toʻliq sanoat qurilmalari katta massa oqimlariga ishlov bera oladi va katta hajmdagi nanosellyulozani samarali ishlab chiqarish imkonini beradi.
Hielscher ultratovush tizimlarining eng muhim afzalliklaridan biri ularning koʻlamini chiziqli ravishda oshirish imkoniyatidir. Stol usti va sanoat ultratovush qurilmalarining har ikkalasi ham klasterlarga birlashtirib oʻrnatilishi mumkin, bu esa amalda cheklanmagan ishlov berish quvvatini taʼminlaydi va ularni nanosellyuloza ishlab chiqarishda yuqori unumdorlik hamda ishonchli ishlashni talab qiladigan jarayonlar uchun ideal tanlovga aylantiradi.
Ultratovush bilan ishlov berish: Hielscher sizni amalga oshirish imkoniyatini baholash va optimallashtirishdan tijorat ishlab chiqarishigacha olib boradi!
- yuqori fibrillanish darajasi
- yuqori nanosellyuloza chiqimi
- ingichka tolalar
- chigalligi yechilgan tolalar
Ultratovush bilan ishlov berish
Hielscher laboratoriya ultratovush qurilmasi UP400S (400W, 24kHz)
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | quyidagi qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Nanosellyuloza nima?
Nanosellyuloza sellyuloza nanotolalarining (CNF) turli turlarini oʻz ichiga oladi; ularni mikrofibrillangan sellyuloza (MFC), nanokristalli sellyuloza (NCC) va bakterial nanosellyulozaga ajratish mumkin. Oxirgisi bakteriyalar ishlab chiqaradigan nanotuzilmali sellyulozani anglatadi.
Nanosellyuloza favqulodda mustahkamlik va bikrlik, yuqori kristallik darajasi, tiksotropiya, shuningdek yuzasida gidroksil guruhlarining yuqori konsentratsiyasi kabi ajoyib xususiyatlarni namoyon etadi. Nanosellyulozaning koʻplab yuqori samaradorlik xususiyatlari uning sirt maydoni va massasi nisbatining yuqoriligi bilan bogʻliq.
Nanosellyulozalar mavjudligi, biologik mosligi, biologik parchalanishi va barqarorligi tufayli tibbiyot va farmatsevtika, elektronika, membranalar, gʻovak materiallar, qogʻoz va oziq-ovqat sohalarida keng qoʻllanadi. Yuqori samaradorlik xususiyatlari tufayli nanosellyuloza plastmassalarni mustahkamlash, masalan, termoreaktiv qatronlar, kraxmal asosidagi matritsalar, soya oqsili, kauchuk lateksi yoki poli(laktid)ning mexanik xususiyatlarini yaxshilash uchun qiziqarli materialdir. Kompozitlarda qoʻllanganda nanosellyuloza qoplamalar va plyonkalar, boʻyoqlar, koʻpiklar hamda qadoqlar uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, nanosellyuloza bir jinsli tarkiblarda ham, kompozitlarda ham aerogellar va koʻpiklar tayyorlash uchun istiqbolli tarkibiy qismdir.
Qisqartmalar:
Nanokristalli sellyuloza (NCC)
Sellyuloza nanotolalari (CNF)
Mikrofibrillangan sellyuloza (MFC)
Nanosellyuloza ignasimon kristallari (NCW)
Sellyuloza nanokristallari (CNC)
Adabiyotlar / Manbalar
- E. Abraham, B. Deep, L.A. Pothan, M. Jacob, S. Thomas, U. Cvelbar, R. Anandjiwala (2011): Extraction of nanocellulose fibrils from lignocellulosic fibres: A novel approach. Carbohydrate Polymers 86, 2011. 1468–1475.
- E. Bittencourt, M. de Camargo (2011): Preliminary Studies on the Production of Nanofibrils of Cellulose from Never Dried Cotton, using Eco-friendly Enzymatic Hydrolysis and High-energy Sonication. 3rd Int’l. Workshop: Advances in Cleaner Production. Sao Paulo, Brazil, May 18th – 20th 2011.
- L. S. Blachechen, J. P. de Mesquita, E. L. de Paula, F. V. Pereira, D. F. S. Petri (2013): Interplay of colloidal stability of cellulose nanocrystals and their dispersibility in cellulose acetate butyrate matrix. Cellulose 2013.
- A. Dufresne (2012): Nanocellulose: From Nature to High Performance Tailored Materials. Walter de Gruyter, 2012.
- M. A. Hubbe; O. J. Rojas; L. A. Lucia, M. Sain (2008): Cellulosic Nanocomposites: A Review. BioResources 3/3, 2008. 929-980.
- S. P. Mishra, A.-S. Manent, B. Chabot, C. Daneault (2012): Production of Nanocellulose from Native Cellulose – Various Options using Ultrasound. BioResources 7/1, 2012. 422-436.
- Matjaž Kunaver, Alojz Anžlovar, Ema Žagar (2016): The fast and effective isolation of nanocellulose from selected cellulosic feedstocks. Carbohydrate Polymers, Volume 148, 2016. 251-258.
- http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocellulose