1 Giới thiệu
Hiện nay, nguyên liệu thô chính được sử dụng trong việc chế biếnete xenlulozalà bông, sản lượng đang giảm và giá cũng đang tăng;
Hơn nữa, các tác nhân ete hóa thường được sử dụng như axit cloroacetic (độc tính cao) và etylen oxit (gây ung thư) cũng có hại hơn cho cơ thể con người và môi trường. Sách
Trong chương này, xenluloza thông có độ tinh khiết tương đối trên 90% được chiết xuất ở chương 2 được sử dụng làm nguyên liệu thô, natri cloroacetate và 2-cloroethanol được sử dụng làm chất thay thế.
Sử dụng axit cloroacetic có độc tính cao làm tác nhân ete hóa, anioncacboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose không ion đã được chuẩn bị.
Cellulose (HEC) và hỗn hợp hydroxyethyl carboxymethyl cellulose (HECMC) ba ete cellulose. yếu tố đơn
Các kỹ thuật điều chế ba ete cellulose đã được tối ưu hóa thông qua các thí nghiệm và thí nghiệm trực giao, và các ete cellulose tổng hợp được đặc trưng bằng FT-IR, XRD, H-NMR, v.v.
Cơ sở của quá trình ete hóa xenlulo
Nguyên lý của quá trình ete hóa xenluloza có thể được chia thành hai phần. Phần đầu tiên là quá trình kiềm hóa, nghĩa là trong phản ứng kiềm hóa xenluloza,
Phân tán đều trong dung dịch NaOH, xenluloza thông nở ra dữ dội dưới tác động của khuấy cơ học và sự giãn nở của nước
Một lượng lớn các phân tử nhỏ NaOH thâm nhập vào bên trong xenluloza 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 cloroacetate hoặc 2-cloroethanol trong điều kiện kiềm, tạo ra
Đồng thời, chất ete hóa natri cloroacetate và 2-cloroethanol 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 kiềm cô đặc khử kết tinh xenluloza thông
Đầu tiên, chuẩn bị một nồng độ nhất định của dung dịch NaOH với nước khử ion. Sau đó, ở một nhiệt độ nhất định, 2g sợi thông
Vitamin được hòa tan trong một thể tích dung dịch NaOH nhất định, khuấy trong một khoảng thời gian, sau đó lọc để sử dụng.
Nhà sản xuất mô hình dụng cụ
Máy đo pH chính xác
Máy khuấy từ gia nhiệt nhiệt độ không đổi loại Collector
Lò sấy chân không
Cân điện tử
Máy bơm chân không đa năng loại nước tuần hoàn
Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Máy nhiễu xạ tia X
Máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Công ty TNHH Thiết bị Hàng Châu Aolilong
Công ty TNHH Thiết bị dụng cụ Hàng Châu Huichuang
Công ty TNHH Thiết bị thí nghiệm Jinghong Thượng Hải
Công ty TNHH Thiết bị METTLER TOLEDO (Thượng Hải)
Công ty TNHH Khoa học và Giáo dục David Hàng Châu
Công ty TNHH American Thermo Fisher
Công ty American Thermoelectric Switzerland ARL
Công ty Thụy Sĩ BRUKER
35
Chuẩn bị CMC
Sử dụng xenluloza kiềm gỗ thông được xử lý trước bằng phương pháp khử kết tinh kiềm cô đặc làm nguyên liệu thô, sử dụng etanol làm dung môi và sử dụng natri cloroacetate làm ete hóa
CMC có DS cao hơn được chuẩn bị bằng cách thêm kiềm hai lần và chất ete hóa hai lần. Thêm 2g xenluloza kiềm gỗ thông vào bình bốn cổ, sau đó thêm một thể tích nhất định dung môi etanol và khuấy đều trong 30 phút.
khoảng, để xenluloza kiềm được phân tán hoàn toàn. Sau đó thêm một lượng chất kiềm và natri cloroacetate nhất định để phản ứng trong một khoảng thời gian ở nhiệt độ ete hóa nhất định
Sau thời gian, thêm lần thứ hai chất kiềm và natri cloroacetate tiếp theo là ete hóa trong một khoảng thời gian. Sau khi phản ứng kết thúc, làm nguội và làm mát lại, sau đó
Trung hòa bằng một lượng axit axetic băng thích hợp, sau đó lọc hút, rửa sạch và sấy khô.
Chuẩn bị HEC
Sử dụng xenluloza kiềm gỗ thông được xử lý trước bằng phương pháp khử kết tinh kiềm cô đặc làm nguyên liệu, etanol làm dung môi và 2-cloroetanol làm ete hóa
HEC có MS cao hơn được chuẩn bị bằng cách thêm kiềm hai lần và chất ete hóa hai lần. Thêm 2g xenluloza kiềm gỗ thông vào bình bốn cổ và thêm một thể tích nhất định là 90% (phần thể tích) etanol, khuấy đều.
Khuấy trong một khoảng thời gian cho đến khi phân tán hoàn toàn, sau đó thêm một lượng kiềm nhất định, đun nóng từ từ, thêm một lượng nhất định 2-
Cloroethanol, ete hóa ở nhiệt độ không đổi trong một khoảng thời gian, sau đó thêm natri hydroxit còn lại và 2-cloroethanol để tiếp tục ete hóa trong một khoảng thời gian. xử lý
Sau khi phản ứng kết thúc, trung hòa bằng một lượng axit axetic băng nhất định, cuối cùng lọc bằng giấy lọc thủy tinh (G3), rửa sạch và sấy khô.
Chuẩn bị HEMCC
Sử dụng HEC được chuẩn bị trong 3.2.3.4 làm nguyên liệu thô, etanol làm môi trường phản ứng và natri cloroacetate làm tác nhân ete hóa để chuẩn bị
HECMC. Quy trình cụ thể là: lấy một lượng HEC nhất định, cho vào bình bốn cổ 100 mL, sau đó thêm một lượng thể tích nhất định
Etanol 90%, khuấy cơ học trong một khoảng thời gian để phân tán hoàn toàn, sau khi đun nóng thêm một lượng kiềm nhất định và từ từ thêm vào
Natri cloroacetate, quá trình ete hóa ở nhiệt độ không đổi kết thúc sau một khoảng thời gian. Sau khi phản ứng hoàn tất, trung hòa bằng axit axetic băng để trung hòa, sau đó sử dụng bộ lọc thủy tinh (G3)
Sau khi lọc hút, rửa sạch và sấy khô.
Tinh chế ete xenluloza
Trong quá trình chế biến ete xenluloza, một số sản phẩm phụ thường được tạo ra, chủ yếu là muối vô cơ natri clorua và một số loại khác.
tạp chất. Để cải thiện chất lượng của ete cellulose, quá trình tinh chế đơn giản đã được thực hiện trên ete cellulose thu được. vì chúng ở trong nước
Có độ hòa tan khác nhau, do đó thí nghiệm sử dụng một lượng etanol ngậm nước nhất định để tinh chế ba ete xenlulozơ đã chuẩn bị.
thay đổi.
Cho mẫu ete cellulose đã chuẩn bị với chất lượng nhất định vào cốc thủy tinh, thêm một lượng nhất định etanol 80% đã được làm nóng trước đến 60℃ ~ 65℃ và duy trì khuấy cơ học ở nhiệt độ 60℃ ~ 65℃ trên máy khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ không đổi trong 10℃. phút. Lấy phần chất lỏng trong đi sấy khô.
Trong một cốc thủy tinh sạch, sử dụng bạc nitrat để kiểm tra các ion clorua. Nếu có kết tủa trắng, lọc qua một bộ lọc thủy tinh và lấy chất rắn
Lặp lại các bước trên đối với phần thân, 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 hoàn tất.
36
vào (chủ yếu để loại bỏ sản phẩm phụ của phản ứng NaCl). Sau khi lọc hút, sấy khô, làm nguội đến nhiệt độ phòng và cân.
khối lượng, g.
Phương pháp thử nghiệm và đặc tính của ete cellulose
Xác định độ thay thế (DS) và độ thay thế mol (MS)
Xác định DS: Đầu tiên, cân 0,2 g (chính xác đến 0,1 mg) mẫu ete xenlulo đã tinh khiết và sấy khô, hòa tan trong
80mL nước cất, khuấy trong bồn nước nhiệt độ không đổi ở 30℃~40℃ trong 10 phút. Sau đó điều chỉnh bằng dung dịch axit sunfuric hoặc dung dịch NaOH
pH của dung dịch cho đến khi pH của dung dịch là 8. Sau đó, trong cốc thủy tinh được trang bị điện cực đo pH, sử dụng dung dịch chuẩn axit sunfuric
Để chuẩn độ, trong điều kiện khuấy, hãy quan sát chỉ số pH của máy đo trong khi chuẩn độ, khi giá trị pH của dung dịch được điều chỉnh đến 3,74,
Quá trình chuẩn độ kết thúc. Lưu ý thể tích dung dịch chuẩn axit sunfuric được sử dụng tại thời điểm này.
Thế hệ:
Tổng số proton ở trên và nhóm hydroxyethyl
Tỷ lệ số proton trên; I7 là khối lượng của nhóm methylene trên nhóm hydroxyethyl
Cường độ của đỉnh cộng hưởng proton; là cường độ của đỉnh cộng hưởng proton của 5 nhóm methine và một nhóm methylene trên đơn vị glucose cellulose
Tổng.
Các phương pháp thử nghiệm được mô tả để thử nghiệm đặc tính hồng ngoại của ba ete cellulose CMC, HEC và HEECMC
Pháp luật
3.2.4.3 Kiểm tra XRD
Phân tích nhiễu xạ tia X kiểm tra đặc tính của ba ete xenluloza CMC, HEC và HEECMC
phương pháp thử nghiệm được mô tả.
3.2.4.4 Kiểm tra H-NMR
Máy quang phổ H NMR của HEC được đo bằng máy quang phổ H NMR Avance400 do BRUKER sản xuất.
Sử dụng dimethyl sulfoxide deuterated làm dung môi, dung dịch được thử nghiệm bằng phương pháp quang phổ NMR hydro lỏng. Tần số thử nghiệm là 75,5MHz.
Ấm, dung dịch là 0,5mL.
3.3 Kết quả và Phân tích
3.3.1 Tối ưu hóa quá trình chuẩn bị CMC
Sử dụng xenluloza thông được chiết xuất trong chương thứ hai làm nguyên liệu thô và sử dụng natri cloroacetate làm tác nhân ete hóa, phương pháp thí nghiệm một yếu tố đã được áp dụng,
Quá trình chuẩn bị CMC đã được tối ưu hóa và các biến ban đầu của thí nghiệm được thiết lập như thể hiện trong Bảng 3.3. Sau đây là quá trình chuẩn bị HEC
Trong nghệ thuật, việc phân tích nhiều yếu tố khác nhau.
Bảng 3.3 Giá trị yếu tố ban đầu
Yếu tố Giá trị ban đầu
Nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý/℃ 40
Thời gian kiềm hóa tiền xử lý/giờ 1
Tỷ lệ rắn-lỏng tiền xử lý/(g/mL) 1:25
Nồng độ kiềm tiền xử lý/% 40
38
Nhiệt độ ete hóa giai đoạn đầu tiên/℃ 45
Thời gian ether hóa giai đoạn đầu tiên/giờ 1
Nhiệt độ ete hóa giai đoạn 2/℃ 70
Thời gian ether hóa giai đoạn 2/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 rắn-lỏng 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 thay thế của CMC
Để xem xét tác động của nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thay thế trong CMC thu được, trong trường hợp cố định các yếu tố khác làm giá trị ban đầu,
Trong các điều kiện này, tác động 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 theo sự tăng nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý và nhiệt độ kiềm hóa là 30 °C.
Các mức độ thay thế trên giảm dần khi nhiệt độ tăng. Điều này là do nhiệt độ kiềm hóa quá thấp và các phân tử ít hoạt động hơn và không thể
Phá hủy hiệu quả vùng tinh thể của xenluloza, khiến chất ete hóa khó có thể xâm nhập vào bên trong xenluloza trong giai đoạn ete hóa, 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 được quá cao. Khi nhiệt độ tăng, dưới tác động của nhiệt độ cao và kiềm mạnh,
Cellulose dễ bị phân hủy do oxy hóa, mức độ thay thế của sản phẩm CMC giảm.
2. Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa tiền xử lý đến mức độ thay thế CMC
Trong điều kiện nhiệt độ kiềm hóa tiền xử lý là 30 °C và các yếu tố khác là giá trị ban đầu, tác động của thời gian kiềm hóa tiền xử lý lên CMC sẽ được thảo luận.
Hiệu ứng thay thế. Mức độ thay thế
Thời gian kiềm hóa tiền xử lý/giờ
Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa tiền xử lý đếnCMCmức độ thay thế
Quá trình tạo khối diễn ra tương đối nhanh, nhưng dung dịch kiềm cần có thời gian khuếch tán nhất định trong sợi.
Có thể thấy rằng khi thời gian kiềm hóa là 0,5-1,5h thì độ thế của sản phẩm tăng theo thời gian kiềm hóa.
Mức độ thay thế của sản phẩm thu được là cao nhất khi thời gian là 1,5 giờ và mức độ thay thế giảm dần theo thời gian tăng lên sau 1,5 giờ. Điều này có thể
Có thể là do lúc bắt đầu kiềm hóa, khi kéo dài thời gian kiềm hóa, sự thẩm thấu của kiềm vào xenluloza nhiều hơn, do đó sợi
Cấu trúc chính được nới lỏng hơn, tăng tác nhân ete hóa và môi trường hoạt động
Thời gian đăng: 26-04-2024