Заминаи тадқиқот
Ҳамчун як манбаи табиӣ, фаровон ва барқароршаванда, селлюлоза бо сабаби об нашудан ва хосиятҳои маҳдуди ҳалшавандагии худ дар татбиқи амалӣ ба мушкилоти бузург дучор мешавад. Пайвандҳои баланди кристаллӣ ва зичии баланди гидроген дар сохтори селлюлоза онро вайрон мекунанд, аммо ҳангоми нигоҳдорӣ об намешаванд ва дар об ва аксари ҳалкунандаҳои органикӣ ҳалнашавандаанд. Ҳосилаҳои онҳо тавассути эфиризатсия ва эфиризатсияи гурӯҳҳои гидроксил дар воҳидҳои ангидроглюкоза дар занҷири полимерӣ ҳосил мешаванд ва дар муқоиса бо селлюлозаи табиӣ баъзе хосиятҳои гуногун нишон медиҳанд. Реаксияи этерификатсияи селлюлоза метавонад бисёр эфирҳои селлюлозаи дар об ҳалшавандаро ба вуҷуд орад, ба монанди селлюлозаи метил (MC), гидроксиэтилселлюлоза (HEC) ва гидроксипропил селлюлоза (HPC), ки дар ғизо, косметика, дорусозӣ ва тиб васеъ истифода мешаванд. СЕ дар об ҳалшаванда метавонад полимерҳои бо гидроген пайвастшударо бо кислотаҳои поликарбон ва полифенолҳо ташкил кунад.
Монтажи қабат-ба-қабат (LBL) як усули самараноки тайёр кардани филмҳои тунуки композитии полимерӣ мебошад. Дар зер асосан маҷмӯаи LBL-и се CE-и гуногуни HEC, MC ва HPC бо PAA тавсиф карда мешавад, рафтори васлшавии онҳоро муқоиса мекунад ва таъсири ивазкунандаҳоро ба василаи LBL таҳлил мекунад. Таъсири рН-ро ба ғафсии филм ва фарқиятҳои гуногуни рН дар ташаккул ва обшавии филм таҳқиқ кунед ва хосиятҳои азхудкунии оби CE/PAA-ро инкишоф диҳед.
Маводҳои таҷрибавӣ:
Кислотаи полиакрилӣ (PAA, Mw = 450,000). Часпакии махлули обии 2 ват.%-и гидроксиэтилселлюлоза (ГЭК) 300 мПа·с ва дарачаи ивазшави 2,5 аст. Метилселлюлоза (МК, маҳлули обии 2 вазн.% бо часпакии 400 мПа·с ва дараҷаи ивазшавӣ 1,8). Целлюлозаи гидроксипропил (HPC, маҳлули обии 2 ват.% бо часпакии 400 мПа·с ва дараҷаи ивазшавӣ 2,5).
Тайёр кардани филм:
Бо монтажи қабати кристаллии моеъ дар кремний дар 25°С омода карда шудааст. Усули коркарди матритсаи слайдҳо чунин аст: дар маҳлули туршӣ (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 дақиқа тар карда, баъд бо оби деионизатсияшуда якчанд маротиба то бетараф шудани рН шуста, дар ниҳоят бо нитрогени соф хушк кунед. Монтажи LBL бо истифода аз мошинҳои автоматӣ анҷом дода мешавад. Субстрат бо навбат дар маҳлули CE (0,2 мг/мл) ва маҳлули PAA (0,2 мг/мл) тар карда шуд, ҳар як маҳлул барои 4 дақиқа тар карда шуд. Дар байни ҳар як маҳлул барои тоза кардани полимери ба таври возеҳ пайвастшуда се таркунии 1 дақиқа дар оби деионизатсияшуда анҷом дода шуд. Қиматҳои рН маҳлули васлкунӣ ва маҳлули оббозӣ ҳарду ба pH 2.0 тасҳеҳ карда шуданд. Филмҳои омодашуда ҳамчун (CE/PAA)n ишора карда мешаванд, ки дар он n давраи васлшавиро ифода мекунад. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ва (HPC/PAA)30 асосан тайёр карда шуданд.
Хусусияти филм:
Спектрҳои инъикоси қариб муқаррарӣ бо NanoCalc-XR Ocean Optics сабт ва таҳлил карда шуданд ва ғафсии филмҳои дар кремний гузошташуда чен карда шуданд. Бо субстрати холии кремний ҳамчун замина, спектри FT-IR филми тунук дар субстрати кремний дар спектрометри инфрасурх Nicolet 8700 ҷамъоварӣ карда шуд.
Таъсири мутақобилаи пайванди гидрогенӣ байни PAA ва CE:
Маҷмаи HEC, MC ва HPC бо PAA ба филмҳои LBL. Спектрҳои инфрасурх аз HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA дар расм нишон дода шудаанд. Сигналҳои қавии IR-и PAA ва CES-ро дар спектрҳои IR-и HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA ба таври равшан мушоҳида кардан мумкин аст. Спектроскопияи FT-IR метавонад маҷмӯи пайванди гидрогенро байни PAA ва CES тавассути мониторинги тағирёбии бандҳои хоси ҷаббида таҳлил кунад. Пайвастагии гидроген байни CES ва PAA асосан дар байни оксигени гидроксил CES ва гурӯҳи COOH аз PAA рух медиҳад. Пас аз ташаккули пайванди гидроген, қуллаи сурх ба самти басомади паст мегузарад.
Барои хокаи софи ПАА баландтарин 1710 см-1 мушохида карда шуд. Вақте ки полиакриламид ба филмҳои дорои CE-ҳои гуногун ҷамъ карда шуд, қуллаҳои филмҳои HEC/PAA, MC/PAA ва MPC/PAA мутаносибан дар 1718 см-1, 1720 см-1 ва 1724 см-1 ҷойгир шуданд. Дар муқоиса бо хокаи поки PAA, дарозии қуллаҳои филмҳои HPC / PAA, MC / PAA ва HEC / PAA мутаносибан 14, 10 ва 8 см-1 иваз карда шуданд. Пайванди гидроген байни оксигени эфир ва COOH пайванди гидрогенро байни гурӯҳҳои COOH қатъ мекунад. Чӣ қадаре ки пайвандҳои гидрогенӣ байни PAA ва CE ба вуҷуд оянд, ҳамон қадар тағирёбии қуллаи CE/PAA дар спектрҳои IR зиёдтар мешавад. HPC дараҷаи баландтарини мураккабии пайванди гидроген дорад, PAA ва MC дар миёна ҳастанд ва HEC пасттарин аст.
Рафтори афзоиши филмҳои таркибии PAA ва CE:
Рафтори ташаккули филми PAA ва CE ҳангоми васлкунии LBL бо истифода аз QCM ва интерферометрияи спектралӣ тафтиш карда шуд. QCM барои мониторинги афзоиши филм дар макон дар давоми чанд давраи аввали васлкунӣ самаранок аст. Интерферометрҳои спектралӣ барои филмҳое, ки зиёда аз 10 давра парвариш карда мешаванд, мувофиқанд.
Филми HEC/PAA дар тамоми раванди васлкунии LBL афзоиши хатиро нишон дод, дар ҳоле ки филмҳои MC/PAA ва HPC/PAA дар марҳилаҳои аввали васлкунӣ афзоиши экспоненсиалӣ нишон доданд ва сипас ба афзоиши хатӣ табдил ёфтанд. Дар минтақаи афзоиши хатӣ, дараҷаи мураккабшавӣ баландтар бошад, афзоиши ғафсӣ дар як давраи васлкунӣ ҳамон қадар зиёдтар мешавад.
Таъсири рН маҳлул ба афзоиши филм:
Арзиши рН маҳлул ба афзоиши филми таркибии полимерии гидроген вобаста аст. Ҳамчун як полиэлектролити заиф, PAA ионизатсия мешавад ва бо баланд шудани рН маҳлул заряди манфӣ хоҳад дошт ва ба ин васила ассотсиатсияи пайванди гидрогенро бозмедорад. Вақте ки дараҷаи ионизатсияи PAA ба сатҳи муайян расид, PAA натавонист ба филм бо аксепторҳои пайванди гидроген дар LBL ҷамъ шавад.
Ғафсии филм бо афзоиши рН маҳлул кам шуд ва ғафсии филм дар pH2,5 HPC/PAA ва pH3,0-3,5 HPC/PAA якбора кам шуд. Нуқтаи муҳими HPC/PAA тақрибан pH 3,5 аст, дар ҳоле ки нуқтаи HEC/PAA тақрибан 3,0 аст. Ин маънои онро дорад, ки вақте ки рН маҳлули васлкунӣ аз 3,5 зиёдтар аст, филми HPC/PAA ба вуҷуд омада наметавонад ва вақте ки рН маҳлул аз 3,0 баландтар аст, филми HEC/PAA ба вуҷуд омада наметавонад. Аз сабаби дараҷаи баландтари мураккабии пайванди гидрогении мембранаи HPC/PAA, арзиши муҳими рН мембранаи HPC/PAA нисбат ба мембранаи HEC/PAA баландтар аст. Дар маҳлули бидуни намак, арзишҳои муҳими pH-и комплексҳои HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA мутаносибан тақрибан 2,9, 3,2 ва 3,7 буданд. РН-и муҳими HPC/PAA нисбат ба HEC/PAA баландтар аст, ки бо мембранаи LBL мувофиқ аст.
Фаъолияти азхудкунии об аз мембранаи CE / PAA:
CES аз гурӯҳҳои гидроксил бой аст, то он азхудкунии хуби об ва нигоҳдории об дорад. Намунаи мембранаи HEC/PAA-ро гирифта, қобилияти адсорбсияи мембранаи бо гидроген пайвастшудаи CE/PAA ба об дар муҳити зист омӯхта шуд. Ғафсии плёнка бо интерферометрияи спектралӣ тавсиф мешавад, вақте ки плёнка обро ҷаббида мекунад, меафзояд. Он дар муҳити бо намӣ танзимшаванда дар 25 ° C барои 24 соат барои ноил шудан ба мувозинати азхудкунии об ҷойгир карда шуд. Филмҳо дар танӯри вакуумӣ (40 ° C) барои 24 соат хушк карда шуданд, то намӣ пурра тоза карда шавад.
Дар баробари зиёд шудани намӣ плёнка ғафс мешавад. Дар минтақаи намии пасти 30%-50% афзоиши ғафсӣ нисбатан суст аст. Вақте ки намӣ аз 50% зиёд мешавад, ғафсӣ зуд меафзояд. Дар муқоиса бо мембранаи бо гидроген пайвастшудаи PVPON/PAA, мембранаи HEC/PAA метавонад аз муҳити атроф бештар об гирад. Дар ҳолати намии нисбии 70% (25 ° C), диапазони ғафсшавии филми PVPON/PAA тақрибан 4%, дар ҳоле ки филми HEC/PAA тақрибан 18% аст. Натиҷаҳо нишон доданд, ки гарчанде ки миқдори муайяни гурӯҳҳои OH дар системаи HEC/PAA дар ташаккули пайвандҳои гидроген ширкат доштанд, аммо дар муҳити атроф шумораи зиёди гурӯҳҳои OH бо об ҳамкорӣ мекунанд. Аз ин рӯ, системаи HEC/PAA дорои хосиятҳои хуби азхудкунии об мебошад.
хулоса
(1) Системаи HPC/PAA бо баландтарин дараҷаи пайванди гидрогении CE ва PAA дар байни онҳо суръати баландтарин дорад, MC/PAA дар мобайн ва HEC/PAA пасттарин аст.
(2) Филми HEC/PAA дар тамоми раванди омодагӣ ҳолати афзоиши хатиро нишон дод, дар ҳоле ки ду филми дигар MC/PAA ва HPC/PAA дар чанд давраҳои аввал афзоиши экспоненсиалӣ нишон доданд ва сипас ба ҳолати афзоиши хатӣ табдил ёфтанд.
(3) Афзоиши филми CE/PAA аз pH маҳлул вобастагии қавӣ дорад. Вақте ки рН маҳлул аз нуқтаи муҳими он баландтар аст, PAA ва CE наметавонанд ба филм ҷамъ шаванд. Мембранаи ҷамъшудаи CE/PAA дар маҳлулҳои баланди рН ҳалшаванда буд.
(4) Азбаски филми CE / PAA аз OH ва COOH бой аст, коркарди гармӣ онро ба ҳам пайваст мекунад. Мембранаи ба ҳам пайвастшудаи CE/PAA устувории хуб дорад ва дар маҳлулҳои баланди рН ҳал намешавад.
(5) Филми CE / PAA дорои қобилияти хуби адсорбсияи об дар муҳити зист мебошад.
Вақти фиристодан: феврал-18-2023