Бактериальные волокна из целлюлозы превратили в фильтровальную мембрану
Химики заставили бактерии произвести трехмерную сетчатую структуру, которая может удерживать в себе слой воды. Благодаря этому, а также олеофобности материала, мембрана из бактериальной целлюлозы хорошо пропускает воду, но не пропускает масло. Полученная мембрана проявляет высокую эффективность разделения смесей, а материал для нее можно получить дешевым и экологичным способом. Работа опубликована в журнале Langmuir.
Во время очистки бытовых и производственных сточных вод часто необходимо разделять смесь масляных жидкостей и воды. Часто исследуются мембраны, которые могут выделить масло из воды, то есть отталкивают воду, но пропускают масло. Но как правило, в этих материалах есть вредные фтор-содержащие вещества. Также их сложно очистить от остатков масла и использовать вновь, что сильно влияет на срок службы материала.
Можно зайти и с другой стороны: создать мембраны, которые пропускают воду, но не пропускают масляные жидкости.
В качестве такого материала уже предлагалось использовать целлюлозные мембраны. Их пористая структура позволяет эффективно удерживать в толще мембраны слой воды: распределенные по всей поверхности гидроксильные группы формируют с водой водородные связи и одновременно отталкивают масло.
Химики из Университета штата Северная Каролина под руководством Венди Краузе (Wendy Krause) предложили использовать целлюлозный материал, который вырабатывают бактерии. Его быстрее и легче наработать и получить, к тому же бактериальная целлюлоза не требует очистки от таких компонентов, как лигнин или пектин, как это необходимо при производстве целлюлозы из растительных ресурсов.
В качестве производителя целлюлозы ученые выбрали бактерию Gluconacetobacter hansenii, которая часто используется для этих целей. Бактерии вырастили на границе воздуха и среды целлюлозный внеклеточный матрикс, который становился толще со временем. Затем бактерии были смыты слабощелочным раствором, и получившийся материал исследователи рассмотрели при помощи сканирующего электронного микроскопа. Диаметр волокон составил 35±19 нанометров.
Ученые выяснили, что высушенная мембрана очень быстро смачивается водой, менее чем за две секунды. Авторы работы попробовали полученный материал в качестве фильтровальной мембраны: они капнули тремя микролитрами н-додекана (поверхностное натяжение этого растворителя — 24,91 микроньютона на метр при 20 градусах Цельсия) на смоченный водой слой целлюлозного материала. Краевой угол смачивания составил 174,5±2,5 градуса, и это намного больше критерия суперолеофобности (150 градусов). Затем исследователи попробовали протолкнуть каплю н-додекана в толще воды через мембрану, управляя каплей с помощью иглы. Капля даже не смогла оторваться от иглы, она поднялась обратно, не оставив масла на мембране. И наоборот, капля воды смогла просочиться через мембрану, даже когда та была смочена маслянистой жидкостью.
Ученые оценили пористость материала, которая важна для успешного удерживания воды в материале, в 84,3±2,3 процента. Структура мембраны смогла выдержать давление до 100 фунт-сил на квадратный дюйм (689,5 килопаскаля).
Однако экспериментальная установка, на которой проверяли разделение смесей, не позволяла провести опыты под таким давлением. Внешнее давление в 20 фунт-сил на квадратный дюйм не помешало мембране эффективно отделить масло от воды. Скорость потока воды через фильтр толщиной 1,1±0,054 миллиметра только под действием гравитации составила 140,35±15 литров на квадратный метр в час, и по этому показателю мембрана не уступает многим коммерчески доступным фильтрам. При этом исследователи предполагают, что описанная ими мембрана может понадобиться не только для очистки сточных вод, но и в лабораториях, например при создании органов на чипе.
Ученые отмечают, что процесс разделения можно повторять многократно, до тех пор, пока мембрана смочена водой. Им удалось повторить эксперимент пять раз подряд, и эффективность составила более 99,9 процента. В случае засорения авторы работы предлагают промывать материал слабым щелочным раствором и использовать мембрану вновь.
Воду необходимо очищать от самых различных веществ, и для этого ученые постоянно разрабатывают и совершенствуют фильтры.
Например, химики улучшили структуру полимера из глюкозы так, что фильтр получился эффективней привычного нам угольного.
Вера Сысоева
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Качество массы (волокна) при производстве бумаги
Скачать статьюL&WТестирование бумаги и целлюлозы
Качество массы
Бумага изготавливается из волокон, и разные типы волокна лучше или хуже подходят для производства бумаги разных видов. Кроме того, отличается и стоимость разных видов волокна. Тип используемого волокна, и процесс его подготовки можно оптимизировать для каждого вида продукции. При производстве бумаги одним из наиболее важных измеряемых свойств является степень однородности или колебания в качестве волокна; вариации в качестве волокна будут вызывать вариации в качестве бумаги. Характеристики массы, применяемой для изготовления бумаги, влияют на качество готовой бумаги. Имеется постоянно возрастающая потребность в измерении новых характеристик процесса.
Определенные измеренные сигналы дают новые возможности производству, включая потенциал для усилий, прилагаемых исследовательскими и проектирующими организациями для развития процесса и знания материалов, что ведет к улучшениям.
Автоматическое измерение качества массы позволяет проводить измерения более часто и с меньшими затратами. Кроме того, измерения становятся более точными и полностью независимыми от операторов. С помощью методов измерения вручную, применявшихся ранее, было невозможно измерять с необходимой частотой для обеспечения качества массы. С помощью специально разработанных Лорентцен и Веттр пробоотборников и систем отбора проб одна система позволяет часто отслеживать несколько точек измерения на бумажном производстве. Это позволяет обнаруживать и устранять отклонения по качеству на совершенно ином, чем ранее, уровне. В этой области Лорентцен и Веттр предлагает STFI L&W Файбермастер и L&W Файбертестер.
L&W STFI Файбермастер измеряет свойства волокна он-лайн с применением пробоотборников, устанавливаемых в производственной линии.
Процесс непрерывно отслеживается, что обеспечивает раннее обнаружение отклонений в качестве массы. Прибор имеет прочную конструкцию, которая позволяет устанавливать его в производственных условиях, является модульной, что позволяет добавлять дополнительные модули для измерений. Прибор можно использовать и как лабораторный, и как он-лайн.
L&W Файбертестер является отдельным современным автоматизированным и гибким настольным прибором для анализа волокна в лаборатории. Измерение качества волокна делает возможным отслеживание проблем с качеством бумаги. Применение приборов Лорентцен и Веттр для измерения волокна позволяет избегать этих проблем на ранней стадии.
Новый язык для качества массы
Для улучшения понимания между производителями целлюлозы и бумаги, и потребителями бумаги были разработаны новые методы измерения свойств волокна. Такие подходы, как измерение числа Каппа, индексов вязкости и раздирания были заменены или дополнены такими свойствами волокна, как длина, сечение, гибкость и свойства поверхности.
Рис 1. Можно измерить длину и ширину различных видов волокна: термомеханическая масса, неотбеленная сульфатная целлюлоза, и отбеленная сульфатная целлюлоза.
Частый отбор проб
Автоматическое измерение целлюлозы позволяет подтверждать качество более часто и с меньшими затратами, снижая, таким образом, зависимость от ручных измерений. Традиционные методы не дают достаточной частоты измерений для подтверждения
качества целлюлозы. Специально разработанные Лорентцен и Веттр пробоотборники и система отбора проб означают, что можно с помощью одной системы отслеживать с заданной повторяемостью несколько точек измерения. Это позволяет обнаруживать
Рис 2. Стандартный отчет от L&W Файбертестера показывает средние значения, кривые распределения, одно двумерное распределение и матрицу качества с 2 – 15 классами длины (опция).
Свойства волокна
Важные измеряемые свойства волокна включают длину, ширину, деформацию, изгибаемость и костру. Длина – Длина волокна влияет на прочность листа, но может иметь негативное влияние на формование. L&W STFI Файбермастер был сконструирован для
измерения длины волокна независимо от степени деформации, и эти данные важны, поскольку деформация волокна ослабляет лист.
Ширина – Более тонкие волокна дают более хорошее и равномерное формование. Основываясь на информации о площади поверхности волокна и его периметре, рассчитываются длина и ширина эквивалента его как прямоугольного объекта. Длина
Ширина волокон снижается, когда лигнин выводится из волокна.
Фактор формы – Вариации фактора формы между 81 и 85 % могут дать различие до 15 единиц по разрывной прочности неразмолотых образцов. Эта разность последовательно сохраняется при размоле с постоянной энергией, даже если разрывная прочность увеличилась за счет фибрилляции поверхности волокна.
Грубость — Единицы грубости используются для оценки толщины стенок волокна как вес на единицу длины. L&W STFI Файбермастер проводит расчеты в соответствии с формулой ниже. Поскольку L&W STFI Файбермастер также измеряет ширину волокна, то это значит, что можно рассчитать также вес на площадь поверхности волокна.
Изгибаемость, сосуды и изломы
Изгибаемость – Когда волокна более гибкие, то производится более прочная бумага. Специальные измерения показывают, что волокна весенней древесины более гибкие, чем волокна летней древесины. Для измерения изгибаемости фактор формы измеряется еще раз с более высоким расходом воды в измерительной ячейке.
Изгибаемость определяется как разность факторов формы при высоком и нормальном (низком) расходе в измерительной ячейке. Волокна весенней древесины шире волокон летней древесины, и имеют более тонкие стенки, склонные к схлопыванию. Поэтому они изгибаются легче.
Сосуды – в лиственной целлюлозе сосуды могут вызвать проблемы, поскольку они ограничивают пригодность целлюлозы для некоторых применений. Типичный сосуд, например, эвкалиптовый сосуд, имеет размеры 200×200×20 мкм. Типичное эвкалиптовое волокно имеет размеры 800х20х20мкм. Измеряется отношение числа сосудов к числу волокон и распределение длина/ширина для сосудов. Дополнительной измерительной ячейки не требуется.
Изломы – Локальные деформации могут вызвать локальное ослабление волокна. Измерение изломов требует дополнительных 10 минут и проводится после измерения длины, ширины и фактора формы на том же образце. Исходные данные можно сохранить
для проведения последующего изучения отдельных волокон и расчета углов излома.
Длины сегментов рассчитываются в соответствии с рисунком. Информация об изломах может оказаться более важной, чем информация по длине.
Рис 3. Волокно с двумя измеряемыми локальными деформациями
Костра, садкость и смесь
Костра — это волокна, которые не разделились, и которые шире 75мкм. Костра может дать дефекты поверхности, тем самым ослабляя бумагу. Кроме того, это может вызвать остановы бумажной машины и машин последующей переработки, например, печатных прессов. Костра образуется при производстве неотбеленной химической и механической целлюлозы.
Садкость – неравномерность удержания может вызвать проблемы на бумажной машине. Садкость является измерением скорости, с которой водa вытекает из образца массы. Стандартный тест на садкость основан на вытекании под действием силы тяжести
через пластину с отверстиями. L&W STFI Файбермастер измеряет садкость, когда образец проходит через сетку, следуя стандартному анализу.
Этот метод аналогичен методу ТАППИ T227.
Смесь — двумерное распределение по волокну. Программа рассчитывает компоненты по видам волокна, присутствующим в образце целлюлозы. Соотношение коротких и длинных волокон в смеси или соотношение волокон химической целлюлозы в смеси с ТММ может быть рассчитано и использовано при он-лайн контроле процесса. Например, примесь коротких волокон в упрочняющей целлюлозе снижает ценность целлюлозы, в то время как химическая целлюлоза в возвратной массе дает более прочную бумагу.
Оригинал статьи опубликован в журнале «L&W HANDBOOK»
Оборудование L&W STFI Файбермастер представлено в каталоге на сайте «Юман».
Целлюлозное волокно — хлопок, лубяное и обработанное
Почему целлюлозное волокно? Изготовленные из растений, эти волокна в основном состоят из целлюлозы, крахмалистого углевода. Эти волокна обычно изготавливаются либо из семян, либо из луба (волокна, содержащиеся в стебле растения).
Целлюлозные волокна легкие, отражают тепло и быстро впитывают влагу. Эти свойства делают их идеальными для одежды, которую носят в теплом климате. Тем не менее, целлюлозные волокна легко мнутся, имеют тенденцию к усадке и склонны к плесени, если они не полностью высушены.
Хлопок – Одно из самых известных натуральных волокон в мире, хлопок используется с 5000 г. до н.э. Он невероятно дышащий и используется для самых разных вещей, от джинсовой ткани до полотенец. Наиболее популярными видами хлопка являются упландский, египетский и пима. Упландский хлопок составляет 90% мирового предложения хлопка. Египетский хлопок и хлопок пима составляют остальные 10% и имеют более высокое качество, чем хлопок Upland. Из-за большей длины штапелей египтянин и пима устойчивы к истиранию, скатыванию и образованию складок, не говоря уже о том, что они мягче.
Лен (льняное полотно) – Лен, сделанный из луба льняного растения, использовался с 8000 г.
до н.э. Лен доступен в разной плотности, сохраняя при этом воздухопроницаемость и впитывающую способность. Каждая стирка делает белье мягче, несмотря на его прочность, но оно очень легко мнется.
Конопля – Конопля, похожая на лен, производится из конопли и используется так же давно, как и лен. Сам материал невероятно универсален и прост в обработке. Он устойчив к плесени и плесени, что делает его идеальным для изготовления холстов и гобеленов. Он также не тянет и устойчив к отбеливанию.
Рами – Рами, также известная как китайская трава или нанду, представляет собой древесное волокно, похожее на лен. Это происходит из кустарника, произрастающего в Азии и на юге Европы. Рами жесткий, но очень блестящий и может быть сильно отбелен. Его прочность и грубость позволяют ему очень хорошо впитывать красители.
Капок – Капок, извлеченный из семенных коробочек дерева, представляет собой упругое волокно, известное тем, что оно сохраняет свою форму и является более шелковистым, чем хлопок.
Капок не слипается, как шерсть, и остается легким, но невероятно легко воспламеняется из-за содержания масла.
Обработанные целлюлозные волокна – Эти волокна, как правило, получают путем изменения или обработки другого растительного материала, а затем смешивают с другим волокном. Примеры включают Ingeo Corn, Tencel и бамбук.
Скидки на волокна*
Купите 10 единиц волокна и получите скидку 5% на каждое.
Купите 15 единиц волокна и получите скидку 10 % на каждую.
Купите 24 изделия из волокна и получите скидку 15 % на каждое.
*Предложение не распространяется на волокна, отмеченные как снятые с производства, специальные или распродажные.
Если вы не нашли именно то, что вам нужно, или вам нужна рекомендация по волокну, позвоните в магазин по телефону 800-441-9665 или свяжитесь с нами для получения помощи.
Целлюлозные волокна | Wool 2 Dye 4 > Пряжа по волокну > Wool2Dye4
- Пряжа по волокну
- Целлюлозные волокна
Целлюлозные волокна – это волокна, полученные из растительных источников.