Исследование возможности получения нанокристаллической целлюлозы в одностадийном плазмохимическом процессе (2021)
Экспериментально исследована возможность получения нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) путем газоразрядной обработки водных суспензий микрокристаллической целлюлозы или фильтровальной бумаги. Для обработки использовали разряд постоянного тока при атмосферном давлении с водным катодом при токе разряда 35 мА и напряжении горения 1500 В. Найдено, что плазмохимическая обработка цел-люлозосодержащего материала в воде без использования других реагентов приводит к выделению НКЦ с относительно большими размерами частиц и небольшим поверхностным зарядом.
The paper considers the possibility of obtaining nanocrystalline cellulose (NCC) by gas-discharge treatment of aqueous suspensions of microcrystalline cellulose or filter paper. For processing, a direct current discharge was used at atmospheric pressure with a water cathode at a discharge current of 35 mA and a discharge voltage of 1500 V. It was found that the plasma-chemical treatment of cellulose-containing material in water without the use of other reagents leads to the release of NCC with relatively large particle sizes and a small surface charge.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 533.924. Взаимодействие плазмы с поверхностью твердого тела
537.523. Электрические разряды в газах при нормальном давлении
632.08. Техника. Экспериментальные методы. Оборудование - Префикс DOI
- 10.51368/1996-0948-2021-1-17-23
- eLIBRARY ID
- 44833477
В работе на основе экспериментов про-анализированы возможности получения нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) одностадийной обработкой суспензий микро-кристаллической целлюлозы и фильтровальной бумаги в дистиллированной воде разрядом постоянного тока. Показано, в отличие от описанного ранее метода, включающего плазмохимическую обработку в растворе серной кислоты с последующим гидролизом, одно-стадийная плазмохимическая обработка целлюлозосодержащего материала без использования кислоты приводит к выделению НКЦ с меньшим выходом. Размер частиц НКЦ больше, а поверхностный заряд ниже, чем у полученных в двухстадийном процессе с использованием кислотного гидролиза. Однако продукты, полученные в одностадийном плазмо-химическом процессе, могут быть полезны как стабилизаторы эмульсий Пикеринга.
Список литературы
- Rånby B. G. // Acta Chem. Scand. 1949. Vol. 3. P. 649.
- Klemm D., Kramer F., Moritz S., Lindström T., Ankerfors M., Gray D., Dorris A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. Vol. 50. № 24. P. 5438.
- Habibi Y., Lucia L. A., Rojas O. J. // Chem. Rev. 2010. Vol. 110. № 6. P. 3479.
- Zhu H., Luo W., Ciesielski P. N., Fang Z., Zhu J. Y., Henriksson G., Himmel M. E., Hu L. // Chem. Rev. 2016. Vol. 116. № 16. P. 9305.
- Thomas B., Raj M. C., Athira K. B., Rubiyah M. H., Joy J., Moores A., Drisko G. L., Sanchez C. // Chem. Rev. 2018. Vol. 118. № 24. P. 11575.
- Marchessault R. H., Morehead F. F., Walter N. M. // Nature. 1959. Vol. 184. P. 632.
- Revol J. F., Bradford H., Giasson J., Marches-sault R. H., Gray D. G. // Int. J. Biol. Macromol. 1992. Vol. 14. № 3. P. 170.
- Roman M., Gray D. G. // Langmuir. 2005. Vol. 21. № 12. P. 5555.
- Giese M., Blusch L. K., Khan M. K., MacLachlan M. J. // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. Vol. 54. № 10. P. 2888.
- Moon R. J., Martini A., Nairn J., Simonsen J., Youngblood J. // Chem. Soc. Rev. 2011. Vol. 40. № 7. P. 3941.
- Surov O. V., Voronova M. I., Rubleva N. V., Kuzmicheva L. A., Nikitin D., Choukourov A., Titov V. A., Zakharov A. G. // Cellulose. 2018. Vol. 25. P. 5035.
- Thygesen A., Oddershede J., Lilholt H., Thomsen A. B., Stahl K. // Cellulose. 2005. Vol. 12. № 6. P. 563.
- Elazzouzi-Hafraoui S., Nishiyama Y., Putaux J. L., Heux L., Dubreuil F., Rochas C. // Biomacromolecules. 2008. Vol. 9. № 1. P. 57.
- Рублева Н. В., Лебедева Е. О., Афинеевский А. В., Воронова М. И., Суров О. В., Захаров А. Г. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2019. Т. 62. № 12. С. 85.
- Титова Ю. В., Воронова М. И., Максимов А. И. // ЖПХ. 2008. Т. 81. № 5. С. 817.
- Zhang K., Sun P., Liu H., Shang S., Song J., Wang D. // Carbohydr. Polym. 2016. Vol. 138. P. 237.
- Cheng M., Qin Z. Y., Liu Y. N., Qin Y. F., Li T., Chen L., Zhu M. F. // J. Mater. Chem. A. 2014. Vol. 2. № 1. P. 251.
- Kumar V., Yang T. // Carbohydr. Polym. 2002. Vol. 48. № 4. P. 403.
- Xu Y. H., Liu X., Liu X., Tan J. L., Zhu H. L. // Carbohydr. Polym. 2014. Vol. 111. P. 955.
- Leung A. C., Hrapovic S., Lam E., Liu Y., Male K. B., Mahmoud K.A., Luong J. H. // Small. 2011. Vol. 7. № 3. P. 302.
- Wen Y., Yuan Z., Qu J., Wang C., Wang A. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2020. Vol. 8. № 7. P. 2688.
- Khlyustova A., Sirotkin N., Evdokimova O., Prysiazhnyi V., Titov V. // J. Electrostat. 2018. Vol. 96. P. 76.
- Захаров А. Г., Максимов А. И., Титова Ю. В. // Усп. хим. 2007. Т. 76. № 3. С. 260.
- Pääkkönen T., Spiliopoulos P., Knuts A., Nieminen K., Johansson L.-S., Enqvist E., Kontturi E. // Chem. Eng. 2018. Vol. 3. P. 312.
- French A. D. // Cellulose. 2014. Vol. 21. № 2. P. 885.
- Lorenz M., Sattler S., Reza M., Bismarck A., Kontturi E. // Faraday Discuss. 2017. Vol. 202. P. 315.
- Kontturi E., Meriluoto A., Penttilä P. A., Bac-cile N., Malho J.-M., Potthast A., Rosenau T., Ruokolainen J., Serimaa R., Laine J., Sixta H. // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. Vol. 55. P. 14455.
- Kalashnikova I., Bizot H., Cathala B., Capron I. // Biomacromolecules. 2012. Vol. 13. P. 267.
- Salas C., Nypelö T., Rodriguez-Abreu C., Car-rillo C., Rojas O. J. // Curr. Opin. Colloid In. 2014. Vol. 19. P. 383.
- Capron I., Rojas O. J., Bordes R. // Curr. Opin. Colloid In. 2017. Vol. 29. P. 83.
- Grishkewich N., Mohammed N., Tang J., Tam K. C. // Curr. Opin. Colloid In. 2017. Vol. 29. P. 32.
- B. G. Rånby, Acta Chem. Scand. 3, 649 (1949).
- D. Klemm, F. Kramer, S. Moritz, T. Lindström, M. Ankerfors, D. Gray, and A. Dorris, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 5438 (2011).
- Y. Habibi, L. A. Lucia, and O. J. Rojas, Chem. Rev. 110, 3479 (2010).
- H. Zhu, W. Luo, P. N. Ciesielski, Z. Fang, J. Y. Zhu, G. Henriksson, M. E. Himmel, and L. Hu, Chem. Rev. 116, 9305 (2016).
- B. Thomas, M. C. Raj, K. B. Athira, M. H. Rubiyah, J. Joy, A. Moores, G. L. Drisko, and C. Sanchez, Chem. Rev. 118, 11575 (2018).
- R. H. Marchessault, F. F. Morehead, and N. M. Walter, Nature 184, 632 (1959).
- J. F. Revol, H. Bradford, J. Giasson, R. H. Marchessault, and D. G. Gray, Int. J. Biol. Macromol. 14, 170 (1992).
- M. Roman and D. G. Gray, Langmuir 21, 5555 (2005).
- M. Giese, L. K. Blusch, M. K. Khan, and M. J. MacLachlan, Angew. Chem. Int. Ed. 54, 2888 (2015).
- R. J. Moon, A. Martini, J. Nairn, J. Simonsen, and J. Youngblood, Chem. Soc. Rev. 40, 3941 (2011).
- O. V. Surov, M. I. Voronova, N. V. Rubleva, L. A. Kuzmicheva, D. Nikitin, A. Choukourov, V. A. Titov, and A. G. Zakharov, Cellulose 25, 5035 (2018).
- A. Thygesen, J. Oddershede, H. Lilholt, A.B. Thomsen, and K. Stahl, Cellulose 12, 563 (2005).
- S. Elazzouzi-Hafraoui, Y. Nishiyama, J. L. Putaux, L. Heux, F. Dubreuil, and C. Rochas, Biomacromolecules 9, 57 (2008).
- N. V. Rubleva, E. O. Lebedeva, A. V. Afineevskii, M. I. Voronova, O. V. Surov, A. G. Zakharov, Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 62, 85 (2019).
- Yu. V. Titova, M. I. Voronova, and A. I. Maximov, J. Appl. Chem. 81, 817 (2008).
- K. Zhang, P. Sun, H. Liu, S. Shang, J. Song, and D. Wang, Carbohydr. Polym. 138, 237 (2016).
- M. Cheng, Z. Y. Qin, Y. N. Liu, Y. F. Qin, T. Li, L. Chen, and M. F. Zhu, J. Mater. Chem. A. 2, 251 (2014).
- V. Kumar and T. Yang, Carbohydr. Polym. 48, 403 (2002).
- Y. H. Xu, X. Liu, X. Liu, J. L. Tan, and H. L. Zhu, Carbohydr. Polym. 111, 955 (2014).
- A. C. Leung, S. Hrapovic, E. Lam, Y. Liu, K. B. Male, K. A. Mahmoud, and J. H. Luong, Small 7, 302 (2011).
- Y. Wen, Z. Yuan, J. Qu, C. Wang, and A. Wang, ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2688 (2020).
- A. Khlyustova, N. Sirotkin, O. Evdokimova, V. Prysiazhnyi, and V. Titov, J. Electrostat. 96, 76 (2018).
- A. G. Zakharov, A. I. Maximov, and Yu. V. Titova, Russ. Chem. Rev. 76, 260 (2007).
- T. Pääkkönen, P. Spiliopoulos, A. Knuts, K. Nieminen, L.-S. Johansson, E. Enqvist, and E. Kontturi, Chem. Eng. 3, 312 (2018).
- A. D. French, Cellulose 21, 885 (2014).
- M. Lorenz, S. Sattler, M. Reza, A. Bismarck, and E. Kontturi, Faraday Discuss. 202, 315 (2017).
- E. Kontturi, A. Meriluoto, P. A. Penttilä, N. Baccile, J.-M. Malho, A. Potthast, T. Rosenau, J. Ruokolainen,
R. Serimaa, J. Laine, and H. Sixta, Angew. Chem. Int. Ed. 55, 14455 (2016). - I. Kalashnikova, H. Bizot, B. Cathala, and I. Capron, Biomacromolecules 13, 267 (2012).
- C. Salas, T. Nypelö, C. Rodriguez-Abreu, C. Carrillo, and O. J. Rojas, Curr. Opin. Colloid In. 19, 383 (2014).
- I. Capron, O. J. Rojas, and R. Bordes, Curr. Opin. Colloid In. 29, 83 (2017).
- N. Grishkewich, N. Mohammed, J. Tang, and K. C. Tam, Curr. Opin. Colloid In. 29, 32 (2017)
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Чернов Н. Н., Палий А. В., Саенко А. В., Кравчук Д. А., Чернега Ю. Г., Маевский А. М.
Численное исследование аэродинамических характеристик осесимметричного профиля с целью его оптимизации 5
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Кондратенко В. С., Мальцев П. П., Редькин С. В.
Лазерное плазмохимическое травление материалов электронной техники на примере алмаза и сапфира 12
Суров О. В., Воронова М. И., Титов В. А., Захаров А. Г.
Исследование возможности получения нанокристаллической целлюлозы в одностадийном плазмохимическом процессе 17
Швыдкий Г. В., Задириев И. И., Кралькина Е. А., Вавилин К. В.
Влияние внешней электрической цепи на параметры плазмы в канале высокочастотного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов 24
Гавриш С. В., Кугушев Д. Н.
Влияние на характеристики плазмы собственного отраженного излучения газоразрядной лампы 31
Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Каторов А. С., Ревазов В. О., Якубов Р. Х.
Некоторые результаты применения зондовой методики для исследования лазерной плазмы при интенсивности излучения на мишени 109 Вт/см2 39
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Кульчицкий Н. А.
Нелинейно-оптическая диагностика кристаллической структуры полупроводниковых пленок при молекулярно-лучевой эпитаксии 44
Рабаданов М. Р., Шапиев И. М., Кузьмин А. О., Исмаилов А. М.
Механизм формирования эпитаксиальных пленок и слоев теллура с высоким структурным совершенством, получаемых термовакуумным напылением в среде водорода 50
Свиридов А. Н., Сагинов Л. Д.
Метод расчета коэффициентов мощности излучения черных и серых тел, соизмеримых по размерам с излучаемыми длинами волн 57
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Мадаминов Х. М.
Температурные зависимости электрофизических свойств твердого раствора Si1-xSnx (0 x 0,04) 63
Скрябин А. С., Цыганков П. А., Веснин В. Р.
Создание бислойных биокерамических покрытий на поверхности титанового сплава Ti-6Al-4V 69
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Варюхин А. Н., Гордин М. В., Дутов А. В., Мошкунов С. И., Хомич В. Ю., Шершунова Е. А.
Мощный импульсный преобразователь постоянного тока на карбид-кремниевых транзисторах 75
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
Chernov N. N., Palii A. V., Sayenko A. V., Kravchuk D. A., Chernega Y. G., and Maevskiy A. M.
Numerical study of the aerodynamic characteristics of an axisymmetric profile of an optimized shape 5
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Kondratenko V. S., Maltsev P. P., and Rеdkin S. V.
Laser plasma etching of electronic materials on the example of diamond and sapphire 12
Surov O. V., Voronova M. I., Titov V. A., and Zakharov A. G.
Study of the possibility of obtaining nanocrystalline cellulose in a single stage plasma chemical process 17
Shvydky G. V., Zadiriev I. I., Kralkina E. A., and Vavilin K. V.
Influence of an external circuit on the plasma parameters in the channel of the radio-frequency accelerator with a closed electron drift 24
Gavrish S. V. and Kugushev D. N.
Influence of self-reflected radiation on plasma characteristics gasdischarge lamp
31
Davydov S. G., Dolgov A. N., Katorov A. S., Revazov V. O., and Yakubov R. Kh.
Some results of probe method application for laser plasma investigating with intensity of radiation on the target 109 W/cm2 39
PHOTOELECTRONICS
Kulchitsky N. A.
Nonlinear optical diagnostics crystal structure of semiconductor films in molecular beam epitaxy 44
Rabadanov M. R., Shapiev I. M., Kuzmin A. O., and Ismailov A. M.
The process of preparation of tellurium epitaxial films and layers with high structural perfection during vapor-deposition process in the pure hydrogen environment 50
Sviridov A. N. and Saginov L. D.
A method for calculating the radiation power coefficients of black and gray bodies with dimensions commensurable with the radiated wavelengths 57
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Madaminov Kh. M.
Temperature dependences of the elektrophysical properties of the solid solution Si1-xSnx (0 x 0.04) 63
Skriabin A. S., Tsygankov P. A., and Vesnin V. R.
Manufacturing of bilayer bioceramic coatings on surface of titanium alloy Ti-6Al-4V 69
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
Varyukhin A. N., Gordin M. V., Dutov A. V., Moshkunov S. I., Khomich V. Yu., and Shershunova E. A.
Powerful switching DC/DC converter on silicon carbide transistors 75
Другие статьи выпуска
В работе рассмотрены вопросы лазерного плазмохимического травления материалов электронной техники на примере разделения пластин алмаза и сапфира на кристаллы. В основе разработанного метода лежит физическое явление – оптический пробой в специально подобранных газовых средах, в которых поджигается плазма и производится плазмохимическое травление материалов подложек (пластин) с образованием летучих продуктов химических реакций и их эвакуацией с помощью вакуумной системы. Работы проводились в диапазоне рабочих давлений 110-3–110-1 Торр. В качестве рабочих сред использовались фторидные системы: (SF6 + O2; CClF3 + O2; F2 и т. д.), чистый кислород (О2) и водород (Н2). Обе системы – фторидная и кислородная «работают» хорошо для алмаза. Водородная система предпочтительна для сапфира.
На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки аэродинамики является исследование и оптимизация аэродинамических характеристик форм тел в потоке газа. Данная проблема возникает при проектировании летательных аппаратов и различных судов и связана с рациональным выбором формы профиля по большому количеству различных характеристик и, в частности, по величине аэродинамического сопротивления.
В данной работе описываются методы оптимизации осесимметричного аэродинамического профиля в стационарном ламинарном невязком потоке газа под различны-ми углами атаки. Предлагаемый метод решения подобной проблемы оптимизации и численного исследования аэродинамических характеристик описанного тела в потоке является актуальным ввиду сложности ее решения, например, традиционными методами на основе системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Экспериментальные методы имеют своей основой дорогостоящие и затратные по времени инструменты, не гарантирующие нахождение оптимума. Такой вычислительный инструмент, например, как Ansys Fluent хорошо приспособлен для решения подобных задач гидроаэродинамики и позволяет не только ускорить и удешевить процесс проведения вычислительного эксперимента, но и повысить эффективность его проведения.
В статье описывается процесс поиска оптимума, сводящийся к минимизации лобового сопротивления ранее описанного нами осесимметричного профиля. Также приводится описание параметризации геометрии профиля крыла и его анализ посредством предлагаемого программного комплекса.
Результатом проведенного численного исследования является полученное описание аэродинамических характеристик оптимизированной формы профиля для различных скоростей потока газа.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400