JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Synthesis schemes to prepare highly stable wood fiber-based hairy nanoparticles and functional cellulose-based biopolymers have been detailed.

Abstract

النانوية، باعتبارها واحدة من المواد الرئيسية في تكنولوجيا النانو والنانو، اكتسبت أهمية كبيرة خلال السنوات العشر الماضية. في حين ترتبط النانوية القائمة على المعادن مع متاعب الاصطناعية والبيئية، السليلوز يدخل، بديل صديقة البيئة لتخليق جسيمات متناهية الصغر. هنا، نقدم إجراءات التوليف وفصل الكيميائية لإنتاج أصناف جديدة من الجسيمات النانوية شعر (تحمل المناطق على حد سواء غير متبلور والبلورية) والبوليمرات الحيوية القائمة على ألياف الخشب. عن طريق الأكسدة بريودات من لب الخشب اللين، يتم فتح حلقة الجلوكوز من السليلوز في السندات C2-C3 لتشكيل مجموعات 2،3 dialdehyde. مزيد من التدفئة من ألياف تتأكسد جزئيا (على سبيل المثال، T = 80 درجة مئوية) النتائج في ثلاثة منتجات، وهي ليفية السليلوز أكسدة، استقرت sterically nanocrystalline السليلوز (SNCC)، وحلت dialdehyde تعديل السليلوز (DAMC)، الذي يفصل جيدا بواسطة الطرد المركزي متقطع وبالإضافة إلى ذلك شارك في المذيبات.استخدمت الألياف تتأكسد جزئيا (بدون تدفئة) باعتبارها شديدة التفاعل وسيطة للتفاعل مع كلوريت لتحويل تقريبا كل ألدهيد إلى مجموعة الكربوكسيل. أدى هطول الأمطار المشارك المذيبات والطرد المركزي في السليلوز استقرت electrosterically nanocrystalline (الوطني المصري للتنافسية)، والسليلوز dicarboxylated (DCC). محتوى ألدهيد من SNCC وبالتالي تهمة سطح الوطني المصري للتنافسية (محتوى الكربوكسيل) وتسيطر على وجه التحديد عن طريق التحكم في وقت رد الفعل الأكسدة بريودات، مما أدى إلى النانوية مستقرة للغاية تحمل أكثر من 7 مليمول المجموعات الوظيفية في كل غرام من الجسيمات النانوية (على سبيل المثال، بالمقارنة مع NCC التقليدية تحمل << 1 مليمول وظيفية مجموعة / ز). المجهر القوة الذرية (AFM)، انتقال المجهر الإلكتروني (تيم)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) يشهد على التشكل مثل قضيب. المعايرة توصيلية، تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، الرنين النووي المغناطيسي (NMR)، ديناميكية تشتت الضوء (DLS)، حركي كهربي-قالجنينية-السعة (ESA) والصوتية توهين الطيفي تسليط الضوء على خصائص متفوقة من هذه المواد النانوية.

Introduction

السليلوز، مثل البوليمر الحيوي الأكثر وفرة في العالم، وقد خدم مؤخرا كمادة خام رئيسية لانتاج جسيمات نانوية بلورية اسمه السليلوز nanocrystalline (NCC، المعروف أيضا باسم البلورات النانوية السليلوز CNC) 1. لفهم آلية تجميع NCC، وهيكل من ألياف السيليلوز يحتاج إلى من يكتشفها. السليلوز هو الخطية والبوليمر polydispersed تضم بولي بيتا (1،4) بقايا -D الجلوكوز 2. وترتبط الحلقات السكر في كل مونومر خلال الأكسجين غليكوزيدية لتشكيل سلاسل من (1-1.5) × 10 4 وحدات غلوكوبيرانوز 2،3، وإدخال بالتناوب أجزاء البلورية والمختلين والمناطق غير متبلور، لاول مرة من قبل Nageli وSchwendener 2،4. وفقا للمصدر، فإن أجزاء البلورية من السليلوز اعتماد مختلف الكريات البيضاء 5.

إذا تم علاج ألياف السليلوز مع حمض قوي، مثل حامض الكبريتيك، يمكن أن تكون مرحلة غير متبلور العوا تحلل تماماذ لتعطيل البوليمر وإنتاج الجزيئات البلورية من نسبة الارتفاع مختلفة اعتمادا على المصدر (على سبيل المثال، والخشب، وإنتاج محصول نانواعواد أكثر من 90٪ البلورية من العرض ~ 5-10 نانومتر، وطول ~ 100-300 نانومتر، بينما تونيسين، والبكتيريا، والطحالب تنتج 5-60 نانومتر واسعة و 100 نانومتر إلى عدة ميكرومتر البلدان المساهمة الصافية طويلة) 6. ويشار إلى القراء على الكم الهائل من المعلومات المتاحة بشأن الجوانب العلمية والهندسية من هذه المواد النانوية 2،5،7-16. وعلى الرغم من العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام في هذه الجسيمات النانوية، وكان استقرارهم الغروية دائما قضية على تركيزات عالية من الملح وارتفاع / انخفاض الرقم الهيدروجيني بسبب المتدني نسبيا محتوى الشحنة السطحية (أقل من 1 مليمول / ز) 17.

بدلا من التحلل حمض قوي، ألياف السيليلوز يمكن علاجها مع عامل مؤكسد (بريودات)، الشق C2-C3 الربط في anhydro بقايا D-غلوكوبيرانوز لتشكيل وحدات 2،3 dialdehyde مع عدم وجود ردود فعل جانبية كبيرة 18،19، وهذه الألياف تتأكسد جزئيا يمكن استخدامها كمادة وسيطة قيمة لإنتاج الجسيمات النانوية تحمل المناطق على حد سواء غير متبلور والبلورية (celluloses nanocrystalline شعر) باستخدام التفاعلات الكيميائية فقط دون أي القص الميكانيكية أو ultrasonication 20. عندما درجة الأكسدة الجزئية DS <2، التدفئة المؤكسد الألياف النتائج في ثلاث دفعات من المنتجات، وهي السليلوز ليفي، المياه التشتت dialdehyde nanowhiskers السليلوز يسمى استقرت sterically nanocrystalline السليلوز (SNCC)، وحلت dialdehyde تعديل السليلوز (DAMC)، والتي يمكن أن تكون معزولة بواسطة مراقبة دقيقة على إضافة المشارك المذيبات والطرد المركزي متقطع 21.

أداء تسيطر الأكسدة كلوريت على الألياف تتأكسد جزئيا بتحويل جميع المجموعات ألدهيد تقريبا إلى الكربوكسيل وحدة، والتي يمكن أن يعرض تصل إلى 7 مليمول مجموعة COOH في كل غرام من السليلوز nanocrystalline اعتمادا على محتوى ألدهيد 18 ، تعمل على تحقيق الاستقرار. وتسمى هذه الجسيمات النانوية استقرت electrosterically السليلوز nanocrystalline (الوطني المصري للتنافسية). وعلاوة على ذلك، تم التأكيد على أن طبقات لينة من السلاسل جاحظ الشعر مثل اتهم موجودة على الوطني المصري للتنافسية 17. وقد استخدمت هذه المواد بمثابة مكثف ذات كفاءة عالية لمسح ايونات المعادن الثقيلة 22. تهمة هذه الجسيمات النانوية يمكن أن تسيطر على وجه التحديد عن طريق التحكم في وقت رد الفعل بريودات 23.

وعلى الرغم من تفاعلات الأكسدة المعروفة من السليلوز، لم يتم الإبلاغ عن إنتاج SNCC والوطني المصري للتنافسية من قبل أي مجموعات بحثية أخرى على الأرجح بسبب التحديات الانفصال. كنا قادرين على تجميع بنجاح وعزل أجزاء مختلفة من nanoproducts من خلال تصميم بالضبط رد فعل والانفصال الخطوات. توضح هذه المقالة البصرية مع التفاصيل كاملة كيفية تحضير بتكاثر وتميز nanowhiskers الرواية المذكورة آنفا تحمل كلاهما جزء غير متبلور والبلوريةالصورة من ألياف الخشب. قد يكون هذا البرنامج التعليمي رصيدا للباحثين نشط في مجالات مواد لينة والبيولوجية، والعلوم الطبية، وتكنولوجيا النانو وبصريات النانو والعلوم البيئية والهندسة والفيزياء.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تنبيه: قراءة بيانات سلامة المواد (MSDS) من جميع المواد الكيميائية قبل لمسها. العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في هذا العمل قد يسبب الأضرار الصحية الشديدة. باستخدام الحماية الشخصية مثل معطف المختبر، والقفازات، ونظارات واقية أمر لا بد منه. لا ننسى أن السلامة تأتي أولا. المياه المستخدمة في جميع أنحاء التوليف يقطر الماء.

1. إعداد ألياف تتأكسد جزئيا باعتبارها الوسيط

  1. المسيل للدموع 4 ز س 90 ورقة لب الخشب اللين إلى قطع صغيرة حوالي 2 × 2 سم 2.
  2. نقع الأوراق اللب ممزقة في الماء لمدة يوم واحد على الأقل.
  3. تتفكك اللب الرطب باستخدام منحل الميكانيكية لتحقيق تشتت موحدة تقريبا.
  4. لتجميع مرشح فراغ، وتأمين مرشح النايلون في قمع بوخنر ووضع قمع في قارورة مرشح. ثم، ربط قارورة مرشح لمضخة فراغ باستخدام أنابيب السليم. تشغيل المضخة ومن أجل حل لب تفككت في تسليةشرم لفصل اللب من السائل.
  5. قياس وزن اللب الرطب (م 1)، وحساب كمية المياه التي تمتصها اللب: م ث، 1 = م 1-4.
  6. إعداد محلول مؤكسد بريودات
    1. لSNCC تجميع / DAMC: على حدة، ويحل 2.64 ز بريودات الصوديوم (NaIO 4) وكلوريد 15.48 غرام الصوديوم (كلوريد الصوديوم) في 200- م ث، 1 مل من الماء.
    2. لالوطني المصري للتنافسية تركيب / DCC: على حدة، ويحل 5.33 ز بريودات الصوديوم (NaIO 4) و 15.6 كلوريد الصوديوم ز (كلوريد الصوديوم) في 266- م ث، 1 مل من الماء.
  7. إضافة اللب الرطب بشكل منفصل إلى الحلول التي يجري اعدادها في 1.6. تأكد من أن كمية المياه (التي تمتصها اللب بالإضافة إلى المياه المضافة) يساوي 200 مل لSNCC و 266 مل لالتوليفات الوطني المصري للتنافسية.
  8. تغطية الكأس تماما مع رقائق الألومنيوم لمنع التعطيل بريودات مع التحريك بسرعة ~ 105 دورة في الدقيقة في RT لالمبلغ المطلوب من رIME وفقا للجدول رقم 1 لتحقيق محتوى ألدهيد المفضلة. وكمثال على ذلك، للحصول على ~ 6.5 ملمول / ز ألدهيد، تتفاعل لمدة 96 ساعة.
  9. عند انقضاء فترة رد الفعل، وفتح رقائق الألومنيوم وإضافة 1 مل (في حالة تركيب SNCC / DAMC) أو 3 مل (في حالة الوطني المصري للتنافسية / DCC التوليف) جلايكول الإثيلين إلى الخليط ويقلب لمدة 10 دقيقة لمنع أكسدة رد فعل من جانب التبريد بريودات.
  10. جمع اللب أكسدة عن طريق الترشيح فراغ (وفقا ل1.4)، redisperse في الماء 500 مل، ويقلب لمدة 30 دقيقة. كرر هذه الخطوة 5 مرات على الأقل لتنظيف اللب من بريودات بدقة.
  11. بعد غسل الماء ال 5 على اللب أكسدة، فصل اللب من الحل عن طريق الترشيح فراغ وتخزينها في (4 درجة مئوية) مكان بارد.

2. تجميع SNCC وDAMC

  1. تقسيم اللب الرطب تتأكسد جزئيا (م 1)، وحصل في 1.11، من خلال أربعة: م 2 = م 1/4،وقياس وزن الماء يمتص: م ث، 2 = م 2-1.
  2. تفريق اللب في (100 - م ث، 2) ز المياه في قارورة أسفل جولة (إجمالي محتوى الماء = 100 غرام).
  3. ضع قارورة أسفل جولة في حمام الزيت وحرارة اللب تتأكسد جزئيا في 80 درجة مئوية لمدة 6 ساعات مع التحريك بلطف.
    ملاحظة: إذا يتأكسد بشكل كامل اللب مع بريودات (DS = 2)، على سبيل المثال، عن طريق تفاعل 1 ز اللب مع 1.85 ز NaIO 4 (8.65 ملمول) في حل تضم 3.87 جم كلوريد الصوديوم (8.64 ملمول) و 65 مل من الماء مع التحريك لمدة 6 أيام، اعتمادا على الوقت حالة التدفئة والإقامة في الماء، يتم تغيير الخاصية من السليلوز dialdehyde (DAC) (الجدول 2).
  4. تهدئة حل لRT.
  5. أجهزة الطرد المركزي الحل في 18500 x ج لمدة 10 دقيقة. يعجل هو السليلوز unfibrillated (جزء 1).
  6. فصل طاف بعناية وتزن (A).
  7. إضافة 1.7 (A) ز بروبانوللطاف الحصول عليها في 2.6 مع التحريك لترسيب SNCC. تفاصيل عن SNCC فصل وبروبانول المضافة هي المتاحة في الشكل 1.
  8. أجهزة الطرد المركزي في حل ثنائي الطور في 3000 x ج لمدة 10 دقيقة، وفصل أدى هلامية راسب (جزء الثاني، SNCC) عن طريق الترقيد، والتي هي على استعداد لredispersed ومدال لمزيد من التنقية (القسم 4) وتوصيف (القسم 5).
  9. لطاف الحصول عليها في 2.8، إضافة 3.5 (A) ز بروبانول أن تسفر عن راسب أبيض (جزء ثالث، DAMC).
  10. أجهزة الطرد المركزي في حل من 2.9 في 3000 x ج لمدة 10 دقيقة، وجمع DAMC راسب تشبه الهلام (بصب طاف في كوب منفصل) جاهزة للredispersed في الماء، وتنقيته بواسطة الغسيل الكلوي (التفاصيل المتاحة في القسم 4)، وتتميز (القسم 5).

3. توليف الوطني المصري للتنافسية وDCC

  1. إعداد محلول 0.5 M هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) عن طريق إذابة ~ 2 غرام هيدروكسيد الصوديوم في 100 ملالمياه والاحتفاظ بها جانبا. هذا وسوف تستخدم في الخطوة 3.7.
  2. تقسيم اللب أكسدة الرطب، وحصل في 1.11، من خلال أربعة: م 3 = م 1/4، وقياس وزن الماء يمتص: م ث، 3 = م 3-1.
  3. بشكل منفصل، إضافة 2،93 ز كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم) و1.41 كلوريد الصوديوم (NaClO 2) إلى (50 - م ث، 3) مل من الماء ويحرك المزيج حتى يذوب.
  4. تعليق م 3 جرام من اللب الرطب أكسدة (التي تحتوي على ~ 1 غرام جاف أكسدة اللب) في الحل التي تم الحصول عليها في 3.3. لاحظ أن تركيز اللب النهائي هو 1 غرام في 50 مل إجمالي المياه المتاحة (مجانا والماء يمتص).
  5. ضع متر الرقم الهيدروجيني في حل من 3.4.
  6. إضافة 1.41 ز بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) إلى خليط من الخطوة 3.4 قطرة قطرة.
  7. تحريك تعليق 3.6 لمدة 24 ساعة في RT في 105 دورة في الدقيقة مع الحفاظ على درجة الحموضة ~ 5 بإضافة تدريجيا 0.5 M هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) التي أعدت في الخطوة 3.1.
    ملاحظة: الرقم الهيدروجيني يبدأ التناقص بسرعة بعد ~ 15 دقيقة من بداية رد فعل، ويجب أن تبقى أنه مستمر في 5 لساعة على الأقل 4 الأولى من رد الفعل. للراحة، ويقترح أن يتم تشغيل رد الفعل عند 13:00 ويتم التحكم في درجة الحموضة حتى 5:00، ثم يتم ترك ردود فعل O / N وفي الصباح يتم زيادة درجة الحموضة إلى 5 مرة أخرى في وقت مبكر. بعد هذا الوقت الطويل، وانخفاض درجة الحموضة لن يكون كبيرا، مشيرا إلى أن معظم تحويل يتحقق. الآن، أي ما يقرب من صلب يمكن ملاحظتها في الحل (يتم تقسيم الألياف كبيرة أسفل إلى النانوية). لاحظ أنه في حالة ترك رد فعل لفترة أطول، قد تتعطل الجزء البلورية.
  8. تقسيم تعليق تم الحصول عليها من 3.7 في أنابيب الطرد المركزي مرجح على قدم المساواة وأجهزة الطرد المركزي في 27000 x ج لمدة 10 دقيقة، وفصل طاف (الوطني المصري للتنافسية + DCC) من راسب الجزئي ليفية.
  9. تزن طاف الحصول عليها من 3.8، وندعو كتلة الحل (B).
  10. ببطء يضيف للمؤشر 0.16 (B) ز إيثانرأ في حل 3.9 مع التحريك لتشكيل راسب أبيض (جزء الثاني، الوطني المصري للتنافسية).
  11. أجهزة الطرد المركزي في حل من 3.10 في 3000 x ج لمدة 10 دقيقة، وفصل أدى هلامية الوطني المصري للتنافسية راسب عن طريق الترقيد. الوطني المصري للتنافسية هو على استعداد ليكون redispersed في الماء، وتنقيته بواسطة الغسيل الكلوي (التفاصيل المتاحة في القسم 4)، وتتميز (القسم 5).
  12. لطاف الحصول عليها في 3.11، إضافة كتلة مساوية من الإيثانول باسم كتلة الحل لانتاج راسب أبيض (جزء ثالث، DCC).
  13. أجهزة الطرد المركزي في حل من 3.12 في 3000 x ج لمدة 10 دقيقة، وفصل هلامية DCC يعجل جاهزة للredispersed في الماء، وتنقيته بواسطة الغسيل الكلوي (التفاصيل المتاحة في القسم 4)، وتتميز.

4. إجراء غسيل الكلى لتنقية SNCC، DAMC، الوطني المصري للتنافسية أو DCC

  1. Redisperse يعجل تشبه الهلام التي تم الحصول عليها في أي خطوات من 2.8 (SNCC)، 2.10 (DAMC)، 3.11 (الوطني المصري للتنافسية)، أو 3.13 (DCC) في 10 مل من الماء عن طريق التحريك قوية لمدة 1 ساعة.
  2. المركز الرابعالبريد تشتت في أنابيب غسيل الكلى (MW القطع = 12-14 كيلو دالتون، طول ~ 30 سم، عرض ~ 4.5 سم) وتأمين أعلى وأسفل من لقطة.
  3. ضع كيس غسيل الكلى شغل في ~ 4 لتر من الماء المقطر ويحرك المزيج لمدة 24 ساعة لإخراج الأملاح.
  4. جمع الحل مدال في وعاء وتخزينها في (4 درجة مئوية) مكان بارد.

5. بعد تنقية توصيف: المرحلة الصلبة وقياس تركيزات المسؤول

  1. قياس تركيز
    1. تزن 3 مل من تشتت المطلوب في طبق الترجيح (كوب الألومنيوم، 57 مم).
    2. وضع صحن وزنها تحتوي على التشتت في فرن (50 ° C) O / N.
    3. تزن فيلم الجافة وحساب تركيز الجسيمات النانوية أو البوليمرات في تشتت:
      تركيز (ث /٪ ضد) = 100 × كتلة فيلم / 3 الجاف، أو
      تركيز (ث / ث٪) = 100 × كتلة من فيلم الجافة / كتلة تشتت
  2. المعايرة توصيلية
    1. المعايرة توصيلية من SNCC أو DAMC لتحديد محتوى ألدهيد
      1. تحضير 0.1 M حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) وذلك بإضافة 0.82 مل حمض الهيدروكلوريك إلى 25 مل من الماء تليها ضبط الحجم النهائي إلى 100 مل.
      2. بشكل منفصل، وإعداد هيدروكسيد الصوديوم 0.1 M بإضافة 0.4 غرام هيدروكسيد الصوديوم إلى الماء المقطر لتحقيق 100 مل الحل النهائي.
      3. وفقا للطريقة هيدروكلوريد هيدروكسيل 24، إضافة كمية معروفة من تشتت المطلوب إلى المبلغ المطلوب من الماء (على سبيل المثال، 0.02 غ في 50 مل H 2 O).
      4. ضبط درجة الحموضة إلى 3.5 باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف (0.1 م).
      5. إضافة 10 مل من محلول هيدروكلوريد هيدروكسيل (5٪ ث / ث) إلى التشتت.
      6. مراقبة الأس الهيدروجيني والاحتفاظ بها في 3.5 بإضافة 0.1 M هيدروكسيد الصوديوم حتى تصبح درجة الحموضة مستقرة عند 3.5.
      7. باستخدام حجم استهلاكها من هيدروكسيد الصوديوم لتحييد H + صدر من ردود فعل الجماعات ألدهيد وNH 2 OH · حمض الهيدروكلوريك، وقياس concentra ألدهيدنشوئها (مول من هيدروكسيد الصوديوم المستهلكة = مول من إنتاج حمض الهيدروكلوريك خلال رد فعل = الخلد مجموعات ألدهيد على SNCC).
    2. المعايرة توصيلية من الوطني المصري للتنافسية أو DCC لتحديد محتوى الكربوكسيل
      1. وعقب الأدب 25، إضافة كمية كافية من تشتت المرغوب فيه ان يكون 0.02 غرام من مادة صلبة في 140 مل من الماء المقطر.
      2. بشكل منفصل، وإعداد 20 ملي كلوريد الصوديوم عن طريق إذابة 0.117 غرام كلوريد الصوديوم في الماء المقطر لتحقيق 100 مل الحل النهائي. إضافة 2 مل من 20 ملي كلوريد الصوديوم إلى 5.2.2.1.
      3. خفض درجة الحموضة إلى حوالي 3 باستخدام تمييع حمض الهيدروكلوريك (0.1 م).
      4. أداء المعايرة توصيلية بإضافة هيدروكسيد الصوديوم القياسي (هيدروكسيد الصوديوم، و 10 ملم) بزيادات 0.1 مل / دقيقة تصل إلى درجة الحموضة ~ 11.
      5. باستخدام حجم استهلاكها من هيدروكسيد الصوديوم لتحييد الجماعات مشحونة (التفاصيل في الشكل 2)، وقياس تركيز الشحنة السطحية (1 مول من قاعدة المستهلكة يساوي واحد الخلد COOH على سطح الجسيمات).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

محتوى جزء الكتلة والشحنة الكهربائية من كل جزء خلال بريودات وكلوريت أكسدة اللب يعتمد على وقت رد الفعل (الجدول 1). وعلاوة على ذلك، DAC الوزن الجزيئي يعتمد على حالة التدفئة ووقت الإقامة (الجدول 2). مرة واحدة مصنوعة SNCC وDAMC، فإنها تترسب بإض...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

في أعقاب الكيمياء مناقشتها في هذه الورقة البصرية، ويتم إنتاج مجموعة متنوعة من الجسيمات النانوية القائمة على السليلوز درجة عالية من الاستقرار مع المسؤول الانضباطي تحمل مراحل كلا البلورية وغير متبلور (celluloses nanocrystalline شعر). اعتمادا على الوقت الأكسدة بريودات، كما هو مبي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financial support from an Industrial Research Chair funded by FPInnovations and NSERC for a NSERC Discovery grant and from the NSERC Innovative Green Wood Fiber Products Network are acknowledged.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Q-90 softwood pulpFPInnovations--
Sodium periodateSigma-AldrichS1878-500G/CAS7790-28-5Light sensitive, strong oxidizer, must be kept away from flammable materials
Sodium chlorideACP ChemicalsS2830-3kg/7647-14-5-
2-PropanolFisherL-13597/67-63-0Flammable
Ethylene glycolSigma-Aldrich102466-1L/107-21-1-
Sodium hydroxideFisherL-19234/1310-73-2Strong base, causes serious health effects
Sodium chloriteSigma-Aldrich71388-250G/7758-19-2Reactive with reducing agents and combustible materials
Hydrogen peroxideFisherH325-500/7722-84-1Corrosive and oxidizing agent, keep in a cool and dark place
EthanolCommercial alcoholsP016EAANFlammable
Hydrochloric acidACP ChemicalsH-6100-500mL/7647-01-0Strong acid, causes serious health effects
Hydroxylamine hydrochlorideSigma-Aldrich159417-100G/5470-11-1Unstable at high temperature and humidity, mutagenic
CentrifugeBeckman CoulterJ2High rotary speed
Fixed angle rotorBeckman CoulterJA-25.50Tighten the lid carefully
Dialysis tubingSpectrum LabsSpectra (Part No. 132676)Cutoff Mw = 12-14 kD, Length ~ 30 cm, width ~ 4.5 cm
Aluminum cupVWR611-137157 mm
TitratorMetrohm836 Titrando-

References

  1. Habibi, Y., Lucia, L. A., Rojas, O. J. Cellulose nanocrystals: Chemistry , self-Assembly , and applications. Chem. Rev. 110 (6), 3479-3500 (2010).
  2. Samir, M. A. S. A., Alloin, F., Dufresne, A. Review of recent research into cellulosic whisker, their Properties and their application in nanocomposites field. Biomacromolecules. 6 (2), 612-626 (2005).
  3. Sjöström, E. Wood chemistry: Fundamentals and applications. , Academic Press. New York. (1993).
  4. Nageli, C., Schwendener, S. Das Mikroskop, Theorie und Anwendung desselben. 2. Verbesserte auflage. , Leipsig: Engelmann. Leipzig. (1877).
  5. Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., Youngblood, J. Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites. Chem. Soc. Rev. 40 (7), 3941-3994 (2011).
  6. Klemm, D., Kramer, F., et al. Nanocelluloses: A new family of nature-based materials. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (24), 5438-5466 (2011).
  7. Wang, N., Ding, E., Cheng, R. Surface modification of cellulose nanocrystals. Front. Chem. Eng. China. 1 (3), 228-232 (2007).
  8. Siqueira, G., Bras, J., Dufresne, A. Cellulosic bionanocomposites: A review of preparation, properties and applications. Polymers. 2 (4), 728-765 (2010).
  9. Siaueira, G., Bras, J., Dufresne, A. Cellulose whiskers versus microfibrils: Influence of the nature of the nanoparticle and its surface functionalization on the thermal and mechanical properties of nanocomposites. Biomacromolecules. 10 (2), 425-432 (2009).
  10. Peng, B. L., Dhar, N., Liu, H. L., Tam, K. C. Chemistry and applications of nanocrystalline cellulose and its derivatives: A nanotechnology perspective. Can. J. Chem. Eng. 89 (5), 1191-1206 (2011).
  11. Lu, P., Hsieh, Y. Lo Preparation and properties of cellulose nanocrystals: Rods, spheres, and network. Carbohydr. Polym. 82 (2), 329-336 (2010).
  12. Liu, D., Chen, X., Yue, Y., Chen, M., Wu, Q. Structure and rheology of nanocrystalline cellulose. Carbohydr. Polym. 84 (1), 316-322 (2011).
  13. Lam, E., Male, K. B., Chong, J. H., Leung, A. C. W., Luong, J. H. T. Applications of functionalized and nanoparticle-modified nanocrystalline cellulose. Trends Biotechnol. 30 (5), 283-290 (2012).
  14. Kalia, S., Dufresne, A., et al. Cellulose-based bio- and nanocomposites: A review. Int. J. Polym. Sci. 2011, 1-35 (2011).
  15. Bai, W., Holbery, J., Li, K. A technique for production of nanocrystalline cellulose with a narrow size distribution. Cellulose. 16 (3), 455-465 (2009).
  16. Eichhorn, S. J., Dufresne, A., et al. Review: Current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites. J. Mater. Sci. 45 (1), 1-33 (2010).
  17. Safari, S., Sheikhi, A., van de Ven, T. G. M. Electroacoustic characterization of conventional and electrosterically stabilized nanocrystalline celluloses. J. Colloid Interface Sci. 432, 151-157 (2014).
  18. Yang, H., Tejado, A., Alam, N., Antal, M., Van De Ven, T. G. M. Films prepared from electrosterically stabilized nanocrystalline cellulose. Langmuir. 28 (20), 7834-7842 (2012).
  19. Guthrie, R. D. The "dialdehydes" from the periodate oxidation of carbohydrates. Adv Carbohydr Chem. 16, 105-158 (1961).
  20. Novel highly charged non-water soluble cellulose products, includes all types of cellulose nanostructures especially cellulose nanofibers, and method of making them. U.S. Provisional Patent Application. , 3776923-v3, WO 2012119229 A1 (2011).
  21. Yang, H., Chen, D., van de Ven, T. G. M. Preparation and characterization of sterically stabilized nanocrystalline cellulose obtained by periodate oxidation of cellulose fibers. Cellulose. 22 (3), 1743-1752 (2015).
  22. Sheikhi, A., Safari, S., Yang, H., van de Ven, T. G. M. Copper removal using electrosterically stabilized nanocrystalline cellulose. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (21), 11301-11308 (2015).
  23. Yang, H., Alam, M. N., van de Ven, T. G. M. Highly charged nanocrystalline cellulose and dicarboxylated cellulose from periodate and chlorite oxidized cellulose fibers. Cellulose. 20 (4), 1865-1875 (2013).
  24. Kim, U. J., Kuga, S., Wada, M., Okano, T., Kondo, T. Periodate oxidation of crystalline cellulose. Biomacromolecules. 1 (3), 488-492 (2000).
  25. Araki, J., Wada, M., Kuga, S. Steric stabilization of a cellulose microcrystal suspension by poly (ethylene glycol) grafting. Cellulose. 17 (1), 21-27 (2001).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

113 nanocellulose electrosterically nanocrystalline sterically nanocrystalline SNCC dicarboxylated DCC

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved