1 Кіріспе
Қазіргі уақытта дайындауда қолданылатын негізгі шикізатцеллюлоза эфирімақта болып табылады және оның шығарылымы азайып, бағасы да өсуде;
Сонымен қатар, хлорсірке қышқылы (өте улы) және этилен оксиді (канцерогенді) сияқты жиі қолданылатын эфирлеуші агенттер де адам ағзасына және қоршаған ортаға көбірек зиян келтіреді. Кітап
Бұл тарауда шикізат ретінде екінші тарауда алынған салыстырмалы тазалығы 90%-дан жоғары қарағай целлюлозасы, ал алмастырғыш ретінде натрий хлорацетаты мен 2-хлорэтанол пайдаланылады.
Эфирлеуші агент ретінде өте улы хлорсірке қышқылын қолдану, аниондыкарбоксиметилцеллюлоза (CMC), иондық емес гидроксиэтилцеллюлоза дайындалды.
Целлюлоза (HEC) және аралас гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлоза (HECMC) үш целлюлоза эфирі. жалғыз фактор
Үш целлюлоза эфирін дайындау техникасы тәжірибелер мен ортогональды тәжірибелер арқылы оңтайландырылды, ал синтезделген целлюлоза эфирлері FT-IR, XRD, H-NMR және т.б.
Целлюлозаның эфирленуінің негіздері
Целлюлозаны эфирлеу принципін екі бөлікке бөлуге болады. Бірінші бөлім - сілтілену процесі, яғни целлюлозаның сілтілену реакциясы кезінде,
NaOH ерітіндісінде біркелкі дисперсті, қарағай целлюлозасы механикалық араластыру әсерінен және судың кеңеюінен қатты ісінеді.
NaOH ұсақ молекулаларының көп мөлшері қарағай целлюлозасының ішіне еніп, глюкозаның құрылымдық бірлігінің сақинасындағы гидроксил топтарымен әрекеттеседі,
Эфирлену реакциясының белсенді орталығы сілтілі целлюлозаны түзеді.
Екінші бөлім – этерификация процесі, яғни белсенді орталық пен натрий хлорацетатының немесе 2-хлорэтанолдың сілтілі жағдайда реакциясы, нәтижесінде
Сонымен қатар натрий хлорацетаты және 2-хлорэтанол эфирлеуші агент сілтілі жағдайда белгілі бір дәрежеде су шығарады.
Жанама реакциялар, сәйкесінше, натрий гликолатын және этиленгликольді түзу үшін шешіледі.
2 Қарағай целлюлозасының концентрлі сілті декристалдану алдын ала өңдеуі
Алдымен ионсыздандырылған сумен NaOH ерітіндісінің белгілі бір концентрациясын дайындаңыз. Содан кейін, белгілі бір температурада, 2г қарағай талшығы
Витамин белгілі бір көлемде NaOH ерітіндісінде ерітіліп, біраз уақыт араластырылады, содан кейін қолдану үшін сүзіледі.
Құрал үлгісін өндіруші
Дәл рН өлшегіш
Коллекторлы типті тұрақты температураны қыздыратын магнитті араластырғыш
Вакуумды кептіру пеші
Электрондық баланс
Айналмалы су типті көп мақсатты вакуумдық сорғы
Фурье түрлендіру инфрақызыл спектрометрі
Рентгендік дифрактометр
Ядролық магниттік-резонанстық спектрометр
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Американдық Thermoelectric Switzerland ARL компаниясы
BRUKER швейцариялық компаниясы
35
CMC дайындау
Шикізат ретінде концентрлі сілтілі декристалдану арқылы алдын ала өңделген қарағай ағашының сілті целлюлозасын пайдалану, еріткіш ретінде этанолды және эфирлеу ретінде натрий хлорацетатын пайдалану
Жоғары DS бар CMC екі рет сілтіні және екі рет эфирлеуші агентті қосу арқылы дайындалды. Төрт мойынды колбаға 2 г қарағай ағашының сілті целлюлозасын қосыңыз, содан кейін белгілі бір көлемде этанол еріткішін қосыңыз және 30 минут бойы жақсылап араластырыңыз.
шамамен, сілтілі целлюлоза толығымен дисперсті болады. Содан кейін белгілі бір эфирлік температурада белгілі бір уақыт аралығында әрекеттесу үшін белгілі бір мөлшерде сілтілі агент пен натрий хлорацетатын қосыңыз.
Уақыт өткеннен кейін сілтілі агент пен натрий хлорацетатының екінші қосылуы, содан кейін белгілі бір уақыт ішінде эфирленуі. Реакция аяқталғаннан кейін, суытып, суытыңыз, содан кейін
Мұзды сірке қышқылының тиісті мөлшерімен бейтараптандырыңыз, содан кейін сорып сүзгіден өткізіңіз, жуыңыз және құрғатыңыз.
ЖОО дайындау
Шикізат ретінде концентрлі сілті декристалдану арқылы алдын ала өңделген қарағай ағашының сілті целлюлозасын, еріткіш ретінде этанолды және эфирлеу ретінде 2-хлорэтанолды пайдалану
Жоғары MS бар HEC екі рет сілтіні және екі рет эфирлеуші агентті қосу арқылы дайындалды. Төрт мойынды колбаға 2 г қарағай ағашының сілті целлюлозасын құйып, белгілі бір көлемде 90% (көлемдік үлес) этанолды қосыңыз, араластырыңыз.
Толық таралу үшін біраз уақыт араластырыңыз, содан кейін белгілі бір мөлшерде сілтіні қосыңыз және баяу қыздырыңыз, белгілі бір көлемде 2- қосыңыз.
Хлорэтанол, тұрақты температурада белгілі бір уақыт ішінде эфирлендірілді, содан кейін белгілі бір уақыт ішінде эфирлеуді жалғастыру үшін қалған натрий гидроксиді мен 2-хлорэтанол қосылды. емдеу
Реакция аяқталғаннан кейін мұздық сірке қышқылының белгілі бір мөлшерімен бейтараптандырады, ең соңында шыны сүзгімен (G3) сүзеді, жуып, кептіреді.
HEMCC дайындау
Дайындау үшін шикізат ретінде 3.2.3.4 тармағында дайындалған HEC, реакция ортасы ретінде этанол және эфирлеуші агент ретінде натрий хлорацетатын пайдалану
HECMC. Арнайы процесс: белгілі бір HEC мөлшерін алыңыз, оны 100 мл төрт мойынды колбаға салыңыз, содан кейін белгілі бір көлемді қосыңыз.
90% этанол, оны толық дисперсті ету үшін механикалық түрде араластырыңыз, қыздырғаннан кейін белгілі бір мөлшерде сілтіні қосыңыз және баяу қосыңыз.
Натрий хлорацетаты, тұрақты температурада эфирлену белгілі бір уақыт кезеңінен кейін аяқталады. Реакция аяқталғаннан кейін оны бейтараптандыру үшін мұздық сірке қышқылымен бейтараптандырыңыз, содан кейін шыны сүзгіні (G3) пайдаланыңыз.
Сорғышты сүзу, жуу және кептіруден кейін.
Целлюлоза эфирлерін тазарту
Целлюлоза эфирін дайындау процесінде көбінесе кейбір жанама өнімдер, негізінен бейорганикалық тұз натрий хлориді және кейбір басқалар өндіріледі.
қоспалар. Целлюлоза эфирінің сапасын жақсарту үшін алынған целлюлоза эфирінде қарапайым тазарту жүргізілді. өйткені олар суда
Әртүрлі ерігіштігі бар, сондықтан тәжірибеде дайындалған үш целлюлоза эфирін тазарту үшін гидратталған этанолдың белгілі бір көлемдік үлесі қолданылады.
өзгерту.
Белгілі бір сапамен дайындалған целлюлоза эфирінің үлгісін стаканға салыңыз, алдын ала 60 ℃ ~ 65 ℃ дейін қыздырылған 80% этанолдың белгілі бір мөлшерін қосыңыз және тұрақты температурада қыздыру магнитті араластырғышта 60 ℃ ~ 65 ℃ механикалық араластыруды ұстаңыз. 10 ℃ үшін. мин. Құрғату үшін үстіңгі затты алыңыз
Таза стаканда хлорид иондарының бар-жоғын тексеру үшін күміс нитратын пайдаланыңыз. Егер ақ тұнба болса, оны шыны сүзгі арқылы сүзіп, қатты затты алыңыз
1 тамшы AgNO3 ерітіндісін қосқаннан кейін сүзіндіде ақ тұнба қалмайынша, яғни тазарту және жуу аяқталғанша дене бөлігі үшін алдыңғы әрекеттерді қайталаңыз.
36
ішіне (негізінен реакцияның жанама өнімі NaCl жою үшін). Сорғышты сүзу, кептіру, бөлме температурасына дейін салқындату және өлшеуден кейін.
массасы, г.
Целлюлоза эфирлерін сынау және сипаттау әдістері
Ауыстыру дәрежесін (DS) және алмастырудың молярлық дәрежесін (MS) анықтау
DS анықтау: Алдымен тазартылған және кептірілген целлюлоза эфирі үлгісінің 0,2 г (дәл 0,1 мг) өлшеп, оны ерітіндіде ерітіңіз.
80 мл тазартылған су, тұрақты температурадағы су моншасында 30℃~40℃ температурада 10 минут бойы араластырыңыз. Содан кейін күкірт қышқылы ерітіндісімен немесе NaOH ерітіндісімен реттеңіз
Ерітінді рН 8 болғанша ерітіндінің рН. Содан кейін рН өлшегіш электродпен жабдықталған стаканға күкірт қышқылының стандартты ерітіндісін қолданады.
Титрлеу үшін араластыру жағдайында ерітіндінің рН мәні 3,74-ке теңшелген кезде, титрлеу кезінде рН-метрдің көрсеткішін бақылаңыз,
Титрлеу аяқталады. Осы уақытта қолданылатын күкірт қышқылының стандартты ерітіндісінің көлеміне назар аударыңыз.
Буын:
Жоғарғы протон сандары мен гидроксиэтил тобының қосындысы
Жоғарғы протондар санының қатынасы; I7 – гидроксиэтил тобындағы метилен тобының массасы
Протондық резонанс шыңының қарқындылығы; целлюлоза глюкоза бірлігіндегі 5 метин тобы мен бір метилен тобының протон-резонанс шыңының қарқындылығы
сомасы.
Үш целлюлоза эфирлерінің CMC, HEC және HEECMC инфрақызыл сипаттамасын сынау үшін сипатталған сынақ әдістері
Заң
3.2.4.3 XRD сынағы
CMC, HEC және HEECMC үш целлюлоза эфирлерінің рентгендік дифракциялық талдау сипаттамасының сынағы
сипатталған сынақ әдісі.
3.2.4.4 H-NMR сынағы
HEC H ЯМР спектрометрі BRUKER шығарған Avance400 H ЯМР спектрометрімен өлшенді.
Еріткіш ретінде дейтерленген диметил сульфоксиді қолданып, ерітінді сұйық сутегі ЯМР спектроскопиясы арқылы сыналған. Сынақ жиілігі 75,5 МГц болды.
Жылы, ерітінді 0,5 мл.
3.3 Нәтижелер және талдау
3.3.1 CMC дайындау процесін оңтайландыру
Шикізат ретінде екінші тарауда экстракцияланған қарағай целлюлозасын және эфирлендіргіш ретінде натрий хлорацетатын қолданып, бір факторлы эксперимент әдісі қабылданды,
CMC дайындау процесі оңтайландырылды және эксперименттің бастапқы айнымалылары 3.3-кестеде көрсетілгендей орнатылды. Төменде ЖОО-ға дайындық процесі берілген
Өнерде әртүрлі факторларды талдау.
Кесте 3.3 Бастапқы фактор мәндері
Фактор Бастапқы мән
Алдын ала өңдеудің сілтілеу температурасы/℃ 40
Алдын ала өңдеудің сілтілеу уақыты/сағ 1
Алдын ала өңдеудің қатты-сұйықтық қатынасы/(г/мл) 1:25
Өңдеу алдындағы лай концентрациясы/% 40
38
Бірінші кезеңдегі этерификация температурасы/℃ 45
Бірінші кезеңдегі этерификация уақыты/сағ 1
Екінші кезеңдегі этерификация температурасы/℃ 70
Екінші кезеңдегі этерификация уақыты/сағ 1
Этерификация сатысындағы негізгі доза/г 2
Эфирлеу сатысындағы эфирлеуші заттың мөлшері/г 4.3
Эфирленген қатты-сұйықтық қатынасы/(г/мл) 1:15
3.3.1.1 Алдын ала сілтілеу сатысында ЦМС алмастыру дәрежесіне әртүрлі факторлардың әсері
1. Алдын ала сілтілеу температурасының ЦМС алмастыру дәрежесіне әсері
Басқа факторларды бастапқы мәндер ретінде бекіткен жағдайда, алдын ала өңдеу кезіндегі сілтілеу температурасының алынған ЦМК-дағы алмастыру дәрежесіне әсерін қарастыру үшін,
Жағдайларда алдын ала өңдеудің сілтілеу температурасының CMC алмастыру дәрежесіне әсері талқыланады және нәтижелер суретте көрсетілген.
Алдын ала өңдеудің сілтілеу температурасы/℃
Алдын ала өңдеудің сілтілеу температурасының CMC алмастыру дәрежесіне әсері
Алдын ала өңдеудің сілтілену температурасының жоғарылауымен ЦМС алмастыру дәрежесі жоғарылайтынын, ал сілтілеу температурасы 30 °C болатынын көруге болады.
Жоғарыда көрсетілген алмастыру дәрежесі температураның жоғарылауымен төмендейді. Себебі сілтілеу температурасы тым төмен, ал молекулалар белсенді емес және әрекет ете алмайды
Целлюлозаның кристалдық аймағын тиімді түрде жояды, бұл эфирлеуші агенттің эфирлеу сатысында целлюлозаның ішкі бөлігіне енуін қиындатады және реакция дәрежесі салыстырмалы түрде жоғары.
төмен, нәтижесінде өнімді алмастыру дәрежесі төмен. Дегенмен, сілтілеу температурасы тым жоғары болмауы керек. Температура жоғарылаған сайын жоғары температура мен күшті сілтінің әсерінен,
Целлюлоза тотығу ыдырауына бейім, ал ЦМС өнімін алмастыру дәрежесі төмендейді.
2. Өңдеу алдындағы сілтілену уақытының ЦМС алмастыру дәрежесіне әсері
Алдын ала сілтілеу температурасы 30 °C және басқа факторлар бастапқы мәндер болған жағдайда, алдын ала өңдеу кезінде сілтілеу уақытының CMC-ге әсері талқыланады.
Ауыстыру әсері. Ауыстыру дәрежесі
Алдын ала өңдеу сілтілеу уақыты/сағ
Өңдеу алдындағы сілтілеу уақытының әсеріCMCалмастыру дәрежесі
Көлемдеу процесінің өзі салыстырмалы түрде жылдам, бірақ сілті ерітіндісі талшықта белгілі бір диффузия уақытын қажет етеді.
Сілтілеу уақыты 0,5-1,5 сағ болғанда, сілтілену уақыты артқан сайын өнімнің орын басу дәрежесі жоғарылайтынын көруге болады.
Алынған өнімді алмастыру дәрежесі уақыт 1,5 сағ болғанда ең жоғары болды, ал 1,5 сағаттан кейін уақыттың ұлғаюымен алмастыру дәрежесі төмендеді. Бұл мүмкін
Бұл сілтіленудің басында сілтілену уақытының ұзаруымен сілтінің целлюлозаға инфильтрациясының жеткілікті болуымен байланысты болуы мүмкін, сондықтан талшық
Негізгі құрылым неғұрлым босаңсыған, эфирлеуші агент пен белсенді ортаны көбейтеді
Хабарлама уақыты: 26 сәуір 2024 ж