Name: deposition of porous sorbents on fabric supports
Uploaded: 2018-06-12T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 58 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports at JoVE.com

Esta pesquisa foi patrocinada pela Agência de redução de ameaça da defesa (DTRA BA08PRO015) e o escritório americano de pesquisa Naval, através de fundos de base Naval Research Laboratory. As opiniões aqui expressadas são as dos autores e não representam as da Marinha dos Estados Unidos, o departamento de defesa dos EUA ou o governo dos EUA.

1. iniciação de microondas
<ol><li>Prepare a solução de iniciação misturando-se 10 mL de hidróxido de amónio (28-30%) com 184 mL de isopropanol num copo de vidro, usando uma barra magnética de agitação a 150 rpm. Adicione 6 mL de orthosilicate tetraetila (TEOS) para a solução de hidróxido de amônio5. Cuidado: hidróxido de amônio é uma solução de alcaloide que representa riscos de irritação e queimaduras no contato com os olhos e pele, bem como a toxicidade por inalação ou ingestão. Atenção: Orthosilicate tetraetila é inflamável e tóxico.</li>
	<li>Para iniciar a amostra, mergulhe o substrato de tecido totalmente na mistura de TEOS e retire para uma taça, prato de microondas segura. Nota: O tecido utilizado aqui foi um peso leve, obtido de uma varejista de artesanato e tecidos de algodão cru. O processo descrito é apropriado para uma ampla gama de tecidos com a limitação que eles devem ter disponível grupos hidroxila ou amina5. O tamanho do prato não é importante desde o pano pode deita-se dentro dele.<ol>
<li>Microondas a amostra de tecido saturado usando 1.200 W por 30 s. Cuidado: Prato e amostra de tecido será quentes após o tratamento. Amostras de microondas com ventilação suficiente e evitar a inalação de vapores resultantes.</li>
		<li>Repita o tratamento de imersão e microondas para um total de três ciclos. Nota: Mistura TEOS torna-se turva rapidamente como precipitação ocorre. Usá-lo imediatamente.</li>
		<li>Tela tratada e seca a 100 ° C por 30 min em um forno de secagem. Depois de seco, o tecido pode ser armazenado em condições ambientes. Nota: O forno usado aqui foi um forno de gravidade, mas qualquer forno de tamanho suficiente é apropriado para a secagem dos materiais.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. preparação do Sol para o revestimento de mergulho
<ol><li>Para preparar o sol, misture 1,9 g de Pluronic P123, 0,5 g de Mesitileno e 2,12 g de etano 1,2-bis (trimethyoxysilyl) (BTE) em um tubo de ensaio plástico em temperatura ambiente15,16,17,18,20 ,21. Cuidado: 1,2-Bis (trimethyoxysilyl) etano é inflamável e tóxico. Evite a inalação e contacto com a pele. Mesitileno é inflamável e tóxico. Evite a inalação e contacto com a pele.<ol>
<li>Adicione 2,0 g de metanol e uma barra de agitação magnética. Feche o recipiente e agite-a 150 rpm. Atenção: O metanol é inflamável e tóxico e pode apresentar outros riscos para a saúde. Evite a inalação e contacto com a pele. Nota: Em variações desta deposição, etanol pode ser usado no lugar do metanol do presente protocolo. Informações adicionais são fornecidas na discussão.</li>
		<li>Quando a solução mexida aparece homogênea, adicione 6,07 g de 0,1 M HNO3 gota a gota. Cuidado: o ácido nítrico é corrosivo e pode causar irritação da pele, olhos e sistema respiratório. Evite a inalação e contacto com a pele.</li>
		<li>Continue mexendo a mistura para 6 h. Nota: A mistura é estável durante a noite neste ponto, mas apenas na ausência de evaporação. Se o metanol evapora durante o armazenamento, ocorrerá alterações ao sol-gel.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Mergulhe o tecido de revestimento
<ol><li>Mergulhe o tecido TEOS tratados o sol preparada a uma taxa de 150 mm/min. Nota: Taxas mais rápidas de até 270 mm/min podem ser usadas com nenhum impacto negativo sobre os materiais resultantes. Aqui, qualquer equipamento, conseguindo taxas de mergulho e empate entre 150 e 270 mm/min é adequado.<ol>
<li>Transferi a amostra para pendurar seco em um forno de 60 ° C por 24 h.</li>
		<li>Continue a curar a 80 ° C para um adicional 24h. Nota: As temperaturas mais altas de cura de até 120 ° C neste ponto são aceitáveis. Após a cura, o tecido pode ser armazenado em temperatura ambiente, permitindo a posterior extração.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Imergir a amostra de tecido em excesso de etanol a 65 ° C, durante 48 h extrair o surfactante. Cuidado: O álcool etílico é inflamável. Nota: Certifique-se que o recipiente vai tolerar temperaturas necessárias.<ol>
<li>Lave o tecido com etanol adicional.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Secar o tecido durante a noite a 60-65 ° C. Depois de seco, o tecido pode ser armazenado em condições ambientes.</li>
</ol>4. porfirina Functionalization de tecidos revestidos
<ol><li>Para funcionalizar o material adsorvente com grupos amina primária, prepare uma solução de silano 3-aminopropyltriethoxy (APS) em tolueno em 0,5% volumétrica15,16. Atenção: 3-Aminopropyltriethoxy-silano é corrosivo e tóxico. Evite a inalação e contacto com a pele. Tolueno é inflamável, tóxico e um conhecido agente cancerígeno. Evite a inalação e contacto com a pele.<ol>
<li>Mergulhe o tecido na solução e incubar durante 1 h, coberto.</li>
		<li>Lave as amostras cuidadosamente com tolueno.</li>
		<li>Secar as amostras de tecido durante a noite a 100 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Para preparar o complexo cobre do glicol de etileno bis 2,4 Deuteroporphyrin IX (DIX), dissolva 20 mg da porfirina em 2ml dimetil sulfóxido22. Cuidado: Porfirinas podem apresentar riscos para a saúde; Siga os procedimentos recomendados de precaução.<ol>
<li>Adicione a solução de porfirina a com 12,8 mg de cloreto de cobre (II) em um balão de fundo redondo de 100 mL de água. Atenção: O cloreto de cobre é corrosivo, tóxico e apresenta riscos para o ambiente aquático. Evite a inalação e contacto com a pele.</li>
		<li>Refluxo da solução durante a noite.</li>
		<li>Use evaporação rotativa para reduzir o volume total da amostra de 5 mL. Nota: A porfirina pode ser preparada em quantidades maiores para uso posterior. Porfirina preparada deve ser armazenada no escuro à temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Adicione a solução de porfirina preparado para 15 mL de 0.1 M 2-(N-Morpholinos) ethansulfonic ácido (MES) tampão pH 5,5.<ol>
<li>Adicionar 5 mg de 1-etil - 3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC) para a solução e imediatamente submergir as amostras de tecido.</li>
		<li>Cobrir as amostras e incubar durante uma noite.</li>
		<li>Lave as amostras cuidadosamente com água.</li>
		<li>Secar as amostras de tecido durante a noite a 100 ° C.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. caracterização de tecidos
<ol><li>Use qualquer sistema de caracterização de adsorção de nitrogênio comercialmente disponível de acordo com protocolos de fabricante para caracterizar a porosidade das amostras de tecido. Nota: Aqui, análise de adsorção de nitrogênio foi concluído 77 K. dependendo do sistema usado, pode ser necessário pesar amostras ou desgaseificar a ≥65 ° C antes da análise.<ol>
<li>Use o método Brunauer-Emmett-Teller (aposta) para determinação da área de superfície.</li>
		<li>Use o método Barrett-Joyner-Halenda (BJH) para determinação do tamanho dos poros do ramo da isoterma de adsorção.</li>
		<li>Use o método de ponto único para determinar o volume de poros em pressão relativa (P/P0) 0,97.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Caracterizar a permeação de sulfeto de etila 2-cloroetil (CEES) através de amostras de tecido, seguindo as orientações fornecidas pelo teste operações procedimento (TOP) 8-2-501, permeação testes de materiais com agentes químicos ou simuladores (Swatch Testing)23 ,24. Cuidado: 2-cloroetil sulfeto de etila é inflamável, corrosivo, tóxico e apresenta um risco para a saúde. Evite a inalação e contacto com a pele. Nota: no âmbito deste estudo, um interno, aquecedor da sonda conduzida foi usado para controlar a temperatura dentro de um ambiente de costume. Destina-se a proporção de úmido para entrar nesta câmara de ar seco usando sonda conduzida controladores de fluxo de massa. A célula do grupo de aerossol-vapor-líquido-avaliação de aço inoxidável (AVLAG) mantém a amostra horizontalmente com anéis vedantes. Teste de permeação difusiva usa um fluxo de nitrogênio. O headspace acima a amostra, na qual é colocado o alvo, está estagnado, sem diferença de pressão acima e abaixo o swatch. A amostra é suportada entre dois discos de sustentação contínua com aberturas circulares de alinhados 0,64 cm2 . Este conjunto é colocado na célula AVLAG, e umidade é incubada por 2 h. destino é introduzido como gotículas utilizando um dispensador de repetição. Um FID dedicado permite o monitoramento contínuo das concentrações alvo.</li>
	<li>Siga as orientações fornecidas pela ASTM E96, transporte de Vapor de água: método de Copa vertical aberto para caracterizar o transporte de vapor de água através do tecido amostras4,24,25.<ol>
<li>Modificar uma incubadora para fornecer um recinto para esta análise a 25 ° C.</li>
		<li>Encha um frasco de cintilação (20 mL) com 16,9 mL de água desionizada. Selar o material de amostra sobre este frasco e pesar o frasco. Use o dessecante para dirigir uma umidade diferencial na incubadora e alinhar um fluxo de nitrogênio seco para que fluiu através da superfície da amostra (0,25 L/min).</li>
		<li>Medir o peso do frasco de amostra coberto em intervalos de 30 a 45 min, usando uma balança analítica.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Bromberg, L., Pomerantz, N., Schreuder-Gibson, H., Hatton, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+of+Chemical+Threats+by+Brominated+Polymer+Networks.">Degradation of Chemical Threats by Brominated Polymer Networks.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 53 (49), 18761-18774 (2014).</li><li>Bui, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrabreathable+and+Protective+Membranes+with+Sub-5+nm+Carbon+Nanotube+Pores.">Ultrabreathable and Protective Membranes with Sub-5 nm Carbon Nanotube Pores.</a> Advanced Materials. 28 (28), 5871-5877 (2016).</li><li>Truong, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pilot-scale+coating+of+fabrics+with+fluorodecyl+polyhedral+oligomeric+silsesquioxane/fluoroelastomer+blends.">Pilot-scale coating of fabrics with fluorodecyl polyhedral oligomeric silsesquioxane/fluoroelastomer blends.</a> Surface Innovations. 2 (2), 79-93 (2014).</li><li>Kar, F., Fan, J. T., Yu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+different+test+methods+for+the+measurement+of+fabric+or+garment+moisture+transfer+properties.">Comparison of different test methods for the measurement of fabric or garment moisture transfer properties.</a> Measurement Science and Technology. 18 (7), 2033-2038 (2007).</li><li>Hayn, R. A., Owens, J. R., Boyer, S. A., McDonald, R. S., Lee, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+highly+hydrophobic+and+oleophobic+textile+surfaces+using+microwave-promoted+silane+coupling.">Preparation of highly hydrophobic and oleophobic textile surfaces using microwave-promoted silane coupling.</a> Journal of Materials Science. 46 (8), 2503-2509 (2011).</li><li>Bae, Y. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+gas+mixtures+using+Co(II)+carborane-based+porous+coordination+polymers.">Separation of gas mixtures using Co(II) carborane-based porous coordination polymers.</a> Chem Commun. 46 (20), 3478-3480 (2010).</li><li>Bandosz, T. J., Petit, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MOF/graphite+oxide+hybrid+materials:+exploring+the+new+concept+of+adsorbents+and+catalysts.">MOF/graphite oxide hybrid materials: exploring the new concept of adsorbents and catalysts.</a> Adsorption. 17 (1), 5-16 (2011).</li><li>Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MOF-74+building+unit+has+a+direct+impact+on+toxic+gas+adsorption.">MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption.</a> Chem Eng Sci. 66 (2), 163-170 (2011).</li><li>Head, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+Spectroscopy+and+Computational+Studies+of+Dimethyl+Methylphosphonate.">Electron Spectroscopy and Computational Studies of Dimethyl Methylphosphonate.</a> Journal of Physical Chemistry A. 120 (12), 1985-1991 (2016).</li><li>Johnson, R. P., Hill, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyoxometalate+oxidation+of+chemical+warfare+agent+simulants+in+fluorinated+media.">Polyoxometalate oxidation of chemical warfare agent simulants in fluorinated media.</a> Journal of Applied Toxicology. 19, S71-S75 (1999).</li><li>Peterson, G. W., Rossin, J. A., Karwacki, C. J., Glover, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Chemistry+and+Morphology+of+Zirconia+Polymorphs+and+the+Influence+on+Sulfur+Dioxide+Removal.">Surface Chemistry and Morphology of Zirconia Polymorphs and the Influence on Sulfur Dioxide Removal.</a> Journal of Physical Chemistry C. 115 (19), 9644-9650 (2011).</li><li>Plonka, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Probes+of+Capture+and+Decomposition+of+Chemical+Warfare+Agent+Simulants+by+Zr-Based+Metal+Organic+Frameworks.">In Situ Probes of Capture and Decomposition of Chemical Warfare Agent Simulants by Zr-Based Metal Organic Frameworks.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (2), 599-602 (2017).</li><li>Wang, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+and+Kinetics+for+Reaction+of+the+Chemical+Warfare+Agent+Simulant,+DMMP(g),+with+Zirconium(IV)+MOFs:+An+Ultrahigh-Vacuum+and+DFT+Study.">Mechanism and Kinetics for Reaction of the Chemical Warfare Agent Simulant, DMMP(g), with Zirconium(IV) MOFs: An Ultrahigh-Vacuum and DFT Study.</a> Journal of Physical Chemistry C. 121 (21), 11261-11272 (2017).</li><li>Wycisk, R., Barpaga, D., Pintauro, S., Levan, M. D., Pintauro, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+zirconium+hydroxide+nanoparticle+fabrics+as+sorptive/reactive+media.">Electrospun zirconium hydroxide nanoparticle fabrics as sorptive/reactive media.</a> Adsorption-Journal of the International Adsorption Society. 20 (2-3), 261-266 (2014).</li><li>Johnson, B. J., Leska, I. A., Melde, B. J., Taft, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+phosgene+by+metalloporphyrin-functionalized+porous+organosilicates.">Removal of phosgene by metalloporphyrin-functionalized porous organosilicates.</a> Catalysis Communications. 27, 105-108 (2012).</li><li>Johnson, B. J., Leska, I. A., Melde, B. J., Taft, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-reporting+materials:+Dual+use+for+porphyrin-embedded+sorbents.">Self-reporting materials: Dual use for porphyrin-embedded sorbents.</a> Sensors and Actuators B-Chemical. , 399-404 (2013).</li><li>Johnson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+of+organophosphates+from+solution+by+porous+organosilicates:+Capillary+phase-separation.">Adsorption of organophosphates from solution by porous organosilicates: Capillary phase-separation.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 195, 154-160 (2014).</li><li>Johnson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porphyrin-embedded+organosilicate+materials+for+ammonia+adsorption.">Porphyrin-embedded organosilicate materials for ammonia adsorption.</a> Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 16 (12), 1252-1260 (2012).</li><li>Johnson-White, B., Zeinali, M., Malanoski, A. P., Dinderman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sunlight+catalyzed+conversion+of+cyclic+organics+with+novel+mesoporous+organosilicas.">Sunlight catalyzed conversion of cyclic organics with novel mesoporous organosilicas.</a> Catalysis Communications. 8, 1052-1056 (2007).</li><li>Melde, B. J., Johnson, B. J., Dinderman, M. A., Deschamps, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macroporous+Periodic+Mesoporous+Organosilicas+with+Diethylbenzene+Bridging+Groups.">Macroporous Periodic Mesoporous Organosilicas with Diethylbenzene Bridging Groups.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 130 (1-3), 180-188 (2010).</li><li>Nakanishi, K., Kobayashi, Y., Amatani, T., Hirao, K., Kodaira, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+Formation+of+Hierarchical+Macro-Mesoporous+Ethane-Silica+Monolith.">Spontaneous Formation of Hierarchical Macro-Mesoporous Ethane-Silica Monolith.</a> Chemistry of Materials. 16, 3652-3658 (2004).</li><li>Johnson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniaturized+reflectance+devices+for+chemical+sensing.">Miniaturized reflectance devices for chemical sensing.</a> Measurement Science &amp; Technology. 25 (9), 10 (2014).</li><li>D'Onofrio, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of a contact permeation test fixture and method. , (2013).</li><li>Martin, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Elastomeric+Poly(Thiophene-EDOT)+Composite+with+a+Dynamically+Variable+Permeability+Towards+Organic+and+Water+Vapors.">An Elastomeric Poly(Thiophene-EDOT) Composite with a Dynamically Variable Permeability Towards Organic and Water Vapors.</a> Advanced Functional Materials. 22 (15), 3116-3127 (2012).</li><li>Pushpadass, H. A., Marx, D. B., Hanna, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Extrusion+Temperature+and+Plasticizers+on+the+Physical+and+Functional+Properties+of+Starch+Films.">Effects of Extrusion Temperature and Plasticizers on the Physical and Functional Properties of Starch Films.</a> Starch-Starke. 60 (10), 527-538 (2008).</li><li>Johnson, B. J., Melde, B. J., Moore, M. H., Malanoski, A. P., Taft, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+Sorbents+for+Glycerol+Capture+in+Biodiesel+Refinement.">Improving Sorbents for Glycerol Capture in Biodiesel Refinement.</a> Materials. 10 (6), (2017).</li><li>Johnson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+Silicate+Materials+for+the+Detection+of+Paraoxon.">Fluorescent Silicate Materials for the Detection of Paraoxon.</a> Sensors. 10 (3), 2315-2331 (2010).</li></ol>

Os autores declaram que eles têm não tem interesses financeiro concorrente.

Aqui, mostramos que a deposição de microondas-iniciada de TEOS pode ser usada para preparar o tecido para deposição subsequente de um organosilicate poroso adsorvente. A abordagem leva a carga do tecido com 1,12 g adsorvente por m2 de superfície de tecido. Análise do tecido revestido por adsorção de nitrogênio indicado a deposição de um revestimento poroso com diferenças significativas entre o material tratado completo e que o tecido iniciados. A área de superfície foi, no entanto, inferior ao observado para um material da mesma forma composto sintetizado como um monólito. O adsorvente em paz, reduziu a taxa de transporte CEES em todo o tecido em 85%. Adição de functionalization porfirina para o com suporte adsorvente diminuiu ainda mais transporte (redução de 93% total). Avanço inicial para a porfirina acrescida da tela tratada ocorreu em 2 min; o tecido de algodão estava 0,6 min avanço inicial. Esta redução química permeação foi alcançada com pouco impacto sobre o transporte de vapor de água do tecido.
A depositado adsorvente é não uma fina película contínua. A abordagem produz um revestimento que é mais estreitamente conformal para o fio do tecido. Como resultado, redução de permeação é limitada pela trama do tecido. Aqui, um tecido de algodão leve é usado como o material de apoio. A iniciação de microondas é adequada para uso em outros tecidos que fornecem grupos amina ou hidroxila para modificação. Um tecido mais densamente, tais como a mistura de nylon e algodão utilizado nos Exército Combat Uniform (ACU), produziria maior redução para transporte de destino simplesmente com base na redução de espaços vazios dentro da trama. Um densamente tecido usado como um material de abrigo proporcionaria vantagens semelhantes. Recordando que o tratamento do adsorvente não é limitado à superfície do tecido, um material fornecendo alguma profundidade à maneira de uma lã ou tecido malha pesado também deveria produzir reduções adicionais de permeação. Este conceito também se aplicaria aos materiais plissados tridimensionais usados na filtragem do ar.
O tratamento descrito aqui não está limitado a usar em tecidos tradicionais. Ele fornece o potencial para a modificação do papel, em camadas e materiais normalmente aplicados em abordagens de filtração, bem como têxteis não tecidas de pregas. Em alguns casos, as condições descritas aqui podem precisar de ser acariciados para manter a integridade do suporte material. Reduzindo a concentração da base (hidróxido de amônio) pode ser necessário, como no caso das telas de polietileno. Encurtar a duração do período de microondas pode ser necessário para evitar escaldante (materiais de papel). Alguns tecidos sintéticos, polipropileno, por exemplo, requerem redução das temperaturas de secagem utilizado. Alterações em temperaturas de envelhecimento do sol e durações devem ser evitadas como essas condições têm impacto significativo sobre a morfologia do adsorvente resultante.
Etanol pode ser substituída por metanol no sol do revestimento de mergulho. Isto é incentivado quando a ampliação de uma síntese e utilizando um volume maior de sol, porque o etanol apresenta um menor risco para a saúde. O sol pode ser diluído consideravelmente com álcool, por exemplo, de 4 a 12 g etanol em vez de metanol 2G) para preparar um maior volume da mistura sem um aumento proporcional nas massas de BTE, Pluronic P123, Mesitileno e ácido. Quantidades relativas de reagentes e solventes também podem ser multiplicadas para preparar um sol para geração de amostras maiores de materiais revestidos. O grau de diluição ou de concentração de um sol pode impactar o carregamento em massa resultante do material adsorvente num tecido especial. Vários ciclos de imersão em uma mistura de sol também devem levar a mudanças na carga total.
Otimização da abordagem de deposição para outros materiais de apoio está em curso. Modificação da tela de mistura de nylon e algodão da ACU é de particular interesse para uma solução de desgaste diário fornecendo proteção química de base, como são materiais baseado em malha de jersey. A deposição de outros materiais adsorvente também está sendo explorada. Os solventes diethylbenzene em ponte desenvolveram para captura de alvos de pesticidas, por exemplo, usar uma preparação de sol que difere a um descrito aqui17,20,27 e catálise é baseado em um diferente porfirina. Finalmente, a avaliação dos materiais da tela com suporte contra aerossol, líquido e vapor alvos está em curso.

Atualmente disponível vestuário de protecção químico usado pelo departamento de defesa (DoD) fornece uma barreira total, o traje de proteção química nível A, por exemplo, ou usa várias camadas de tecido para proteção, como o comum serviço leve Tecnologia de fato integrado (JSLIST). Vestuários de barreira completo imponham um encargo significativo para o usuário. Com nenhum transporte de vapor de água através do material, a regulação térmica é prejudicada. Como resultado, a duração de utilização (tempo de missão) é restrita; a roupa é apropriada para uma gama limitada de cenários. O JSLIST, por outro lado, usa uma camada de carbono adsorvente entre uma tela de shell e uma camada de conforto. Os encargos resultantes para o usuário é reduzido mas não eliminado, e recursos de proteção são reduzidos em comparação com os ternos de barreira. Além da carga térmica, o terno JSLIST é apropriado para apenas 24 horas de uso contínuo. Nenhum desses tipos de tecnologia são adequado para proporcionar uma capacidade de proteção da linha de base em um longo prazo, diariamente de desgaste do vestuário. Proteção de linha de base seria de uso para ambientes de baixo risco, as condições adequadas para MOPP 0 a 2 (MOPP - missão orientada para a postura de proteção) e outras condições de baixo risco. Além da preocupação do DoD, proteção de linha de base seria de utilidade para socorristas que pode entrar a ambientes contaminados, sem nenhum aviso prévio.
Pesquisa, buscando melhorias para vestuário de protecção DoD é permanente e contínuo1,2,3,4. Um esforço anterior identificado o potencial de um processo iniciado de microondas para deposição de heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane em tecidos para produzir oleophobic comportamento5. A intenção era produzir um tecido que pode reforçar a camada escudo do vestuário JSLIST. Enquanto este oleophobicity pode melhorar a resistência química do vestuário em camadas, não abordará a carga térmica imposta pelo fato. Não há trabalho adicional em curso, focado em solventes e catalisadores para captura e/ou decomposição de ameaças químicas6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Uma abordagem descrita recentemente usado organosilicate poroso sorbents combinado com porfirinas para capturar e degradar o fosgênio e utilizados materiais semelhantes para captura de compostos tóxicos industriais (TICS) bem como simuladores de pesticidas e nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Enquanto prometendo, estes materiais em pó não são directamente aplicáveis para tecnologias de vestuário.
Sistemas de Organosilicate foram aplicados extensamente em mergulho e giram o revestimento abordagens, normalmente, em pastilhas de vidro e silicone. A técnica de deposição de microondas descrita acima fornece um mecanismo para aplicação destes materiais para tecidos. Aqui, usamos o processo descrito em combinação com tetraethylorthosilicate para preparar os tecidos. Então, eles são tratados com os solventes porosa através de uma abordagem de revestimento de mergulho. Caracterização morfológica demonstra a presença do poroso adsorvente no tecido. Avaliação da permeação de sulfureto (CEES) etil 2-cloroetil através da tela com e sem este tratamento mostra um impacto significativo sobre o transporte do alvo em todo o material.

<table><tbody><tr><td>unbleached 100% cotton fabric</td><td>JOANN Stores</td><td>N/A</td><td>Protocol is suitable for use on a variety of fabrics</td></tr><tr><td>ammonium hydroxide</td><td>Aldrich</td><td>32,014-5</td><td></td></tr><tr><td>tetraethyl orthosilicate</td><td>Aldrich</td><td>13,190-3</td><td></td></tr><tr><td>Pluronic P123</td><td>Aldrich</td><td>435465</td><td></td></tr><tr><td>mesitylene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7200</td><td></td></tr><tr><td>1,2-bis(trimethoxysilyl)ethane</td><td>Aldrich</td><td>447242</td><td></td></tr><tr><td>methanol</td><td>Fisher Chemical</td><td>A454SK-4</td><td></td></tr><tr><td>nitric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>438073</td><td>Prepare 0.1 M aqueous solution</td></tr><tr><td>3-aminopropyltriethoxysilane</td><td>Gelest</td><td>SIA0603.4</td><td></td></tr><tr><td>toluene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>650579</td><td></td></tr><tr><td>Deuteroporphyrin IX bis ethylene glycol</td><td>Frontier Scientific</td><td>D630-9</td><td></td></tr><tr><td>dimethyl sulfoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>276855</td><td></td></tr><tr><td>copper chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>256528</td><td></td></tr><tr><td>2-(N-morpholino)ethansulfonic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M3671</td><td>Prepare 0.1M buffer at pH 5.5</td></tr><tr><td>1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E6383</td><td></td></tr><tr><td>ethyl alcohol</td><td>Warner-Graham</td><td>64-17-5</td><td></td></tr><tr><td>Drierite</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>737828</td><td></td></tr><tr><td>Microwave</td><td>Daewoo</td><td>KOR-630A</td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen adsorption instrument</td><td>Micromeritics</td><td>&amp;nbsp;TriStar II Plus&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Environmental chamber</td><td>custom part</td><td>N/A</td><td>Here, a modified Thermolyne incubator, Compact Series 5000 was used</td></tr><tr><td>Flame ionization detector (FID)</td><td>SRI Instruments</td><td>8690-0010</td><td>Model 110</td></tr><tr><td>Humidity probe</td><td>Vaisala</td><td>HMT3303E0A193BCAC100A0CCABEA1</td><td></td></tr><tr><td>AVLAG Cell</td><td>custom part</td><td>N/A</td><td>AERO-Space Tooling and Machining, P/N RS0010 Permeation cell</td></tr><tr><td>Computer controlled heater</td><td>World Precision Instruments</td><td>AIRTHERMY-ATX</td><td></td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>MKS Instruments</td><td>1179A01312CS</td><td></td></tr><tr><td>Dipper mechanism Type D1L</td><td>NIMA Technology Ltd</td><td>D1L</td><td></td></tr><tr><td>Gravity oven</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-103-0520</td><td></td></tr><tr><td>Stirring hotplate</td><td>Fisherbrand</td><td>S28482</td><td></td></tr><tr><td>Octagon spinbar, magnetic stirring bar</td><td>Fisherbrand</td><td>14-513-82</td><td></td></tr><tr><td>PSI-Plot version 9.5</td><td>Poly Software International, Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Microsoft Office Professional Plus - Excel 2013 32-bit</td><td>Microsoft</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>MicroActive TriStar II Plus Software</td><td>Micromeritics</td><td>packaged with the TriStar II nitrogen adsorption instrument</td><td></td></tr></tbody></table>

deposition of porous sorbents on fabric supports

Uma técnica de deposição de microondas para silanes, descrito anteriormente para a produção de tecidos oleophobic, é adaptada para fornecer uma tela suporte material que pode ser posteriormente tratada com revestimento de mergulho. Revestimento de mergulho com uma preparação de sol fornece uma camada porosa com suporte sobre o tecido. Neste caso, a camada porosa é um sistema de adsorvente de porfirina acrescida com base em um material em pó que foi demonstrado anteriormente para a captura e conversão de fosgénio. Um representante revestimento é aplicado ao tecido de algodão em um nível de carga de 10 mg/g. Este revestimento tem um impacto mínimo sobre o transporte de vapor de água através da tela (93% da taxa de tecido de suporte), reduzindo significativamente o transporte de 2-cloroetil sulfeto de etila (CEES) através do material (7% de taxa de tecido de suporte). As abordagens descritas são adequadas para uso com outras telas fornecendo grupos amina e hidroxila para modificação e podem ser usadas em combinação com outras preparações do sol para produzir diferentes funcionalidades.

Adsorção de nitrogênio foi usada para avaliar o tecido Tratado seguindo o procedimento de revestimento de mergulho. Como mostrado na Figura 1, obteve-se a isoterma esperada para o revestimento poroso. Isto contrasta com os comportamentos observados para o tecido não tratado e para o tecido iniciadas por microondas. Adsorção de nitrogênio insignificante destacou-se pelo tecido sozinho e o tecido após o tratamento de microondas. Determinaram-se sem tamanhos de poros. O revestimento poroso produziu uma área de superfície de 3,39 m2/g com poros volume 0,013 cm3/g. Enquanto o instrumento relatou um tamanho de poro de adsorção BJH de 76 Å, n características significativas são observadas na distribuição do tamanho dos poros. Imagens do tecido em cada etapa do processo de revestimento são fornecidas na Figura 2. A massa média de adsorvente depositado sobre o algodão suporte estava determinado a ser 0,01 g/g baseada o peso diferencial de amostras antes de deposição e após o processo de secagem final, um aumento de peso de ~ 1% a partir do tecido original. Se o volume medido de área e poros superficial é corrigido para conta para somente o adsorvente componente de massa do material, a área de superfície para o adsorvente é 339 m2/g com poros volume 1,3 cm3/g. Para comparação, quando neste adsorvente foi sintetizado como um monólito em um reator fechado, porosimetria de nitrogênio indicou uma área de superfície de aposta de 1143 m2/g com poros volume 1,01 m2/g e o diâmetro dos poros 76 Å26. Isoterma de IV, como um tipo foi observada por este material com histerese significativa (Figura 3). Uma amostra de película grossa foi preparada por do sol do mergulhar-revestimento em uma placa de Petri e processamento baseado no protocolo utilizado para amostras de tecido revestido de cura. Porosimetria de nitrogênio indicou uma área de superfície de aposta de 968 m2/g/g3de 0,78 cm de volume de poros e diâmetro dos poros 39 Å para este material (Figura 3).
A taxa de transporte (TVA) vapor de água para os tecidos tratados foi avaliada usando um duas células septadas4,24,25. Esta avaliação usada uma amostra de tecido circular com uma área total de expostos de 1,65 cm2. Como mostrado na Figura 4, iniciação de microondas do tecido causou uma redução ligeira no transporte de vapor de água em comparação com o algodão não tratado. Nenhuma alteração adicional no transporte de vapor de água se observaram após a deposição de adsorvente ou functionalization com porfirina. A taxa de TVA para o tecido de algodão estava determinada a ser 121 g/h/m2. A taxa de TVA foi reduzida para 112 g/h/m2 após a iniciação de microondas. Uma taxa de TVA de 113 g/h/m2 foi determinado para o tratamento completo acrescida de porfirina.
Sulfeto de etila 2-cloroetil (CEES) foi usado como um simulador para determinar se a deposição do tratamento porosa resultou em mudanças de propriedades de transporte químico para o tecido. CEES é comumente usado como um simulador para mostarda do enxôfre, um agente de guerra química. O material adsorvente usado aqui consiste em grupos de etano-ponte e tem sido acrescido com uma cobre Deuteroporphyrin IX 2,4 bis biomiméticas de etileno glicol (CuDIX). Isto reflete as características do sistema adsorvente demonstrado anteriormente para uso em captura de fosgênio15,16. Transporte de vapor químico foi determinada utilizando células de grupo de aerossol-vapor-líquido-avaliação (AVLAG)23,24. O método usa fluxo contínuo com deteção de ionização de chama (FID) sob controlados temperatura (40 ° C) e humidade relativa (50%) para total área exposta de 0,64 cm2. Figura 5 fornece respostas FID dependente do tempo. Quando o tecido de algodão sozinho foi avaliado, uma taxa de pico de 67 g/h/m2 observou-se com a não retenção do alvo (214 µ g total). O tratamento poroso resultou em redução significativa para a taxa de pico de transporte (9,6 g/h/m2) e o transporte total de destino através do tecido. Apenas 78 µ g do 214 µ g CEES originalmente aplicados foi recuperado ao longo de um período de 83h. O tratamento de porfirina acrescida porosa reduziu ainda mais a taxa de pico de transporte a 4,5 g/h/m2 , com um transporte total de 39 µ g CEES sobre o 83h experimentar.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57331/57331fig1.jpg"> Figura 1: caracterização morfológica dos tecidos. Mostrado aqui são isotermas de sorção de nitrogênio representativo (A) e distribuições de tamanho de poro (B) para uma amostra de tecido típico (vermelha), uma amostra semelhante seguindo o processo de iniciação de microondas (azul), o tecido após a aplicação do adsorvente (verde) e o tecido após a aplicação do sistema completo adsorvente (preto). <a href="/files/ftp_upload/57331/57331fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57331/57331fig2.jpg"> Figura 2: fotografias de tecido. Aqui a fotografia mostra o microondas iniciado, adsorvente revestido material (A), o CuDIX de porfirina sozinho em algodão (B), e porfirina total acrescida de revestimento sobre o algodão (C). As amostras tratadas são sobrepostas sobre o tecido de algodão não tratado. <a href="/files/ftp_upload/57331/57331fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57331/57331fig3.jpg"> Figura 3: caracterização morfológica de sem suporte adsorvente. Mostrados aqui são isotermas de sorção de nitrogênio representativo (A) e distribuições de tamanho de poro (B) para o adsorvente quando sintetizado como um monólito (preto) e quando sintetizados como uma película grossa (vermelho)26. <a href="/files/ftp_upload/57331/57331fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57331/57331fig4.jpg"> Figura 4: permeação de vapor de água. Resultados da análise de permeação de vapor d'água são apresentados para a completa porfirina CuDIX acrescida adsorvente em tecido de algodão (preto). Para comparação, apresentam-se algodão tecido único (vermelho) e tecido de algodão com somente o componente adsorvente (azul). <a href="/files/ftp_upload/57331/57331fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57331/57331fig5.jpg"> Figura 5: permeação de CEES. Permeação de CEES através de um revestimento de adsorvente de porfirina completa acrescida em tecido de algodão é apresentada (preto). Tela única (vermelho) e tecido com somente o componente adsorvente (azul) são apresentados para comparação. O baixo-relevo fornece uma visão ampliada do período inicial de avanço para os três materiais. <a href="/files/ftp_upload/57331/57331fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

Este relatório detalha uma abordagem iniciadas por microondas para deposição de porfirina acrescida organosilicate poroso sorbents sobre um tecido de algodão e demonstra diminuição do transporte de sulfureto (CEES) etil 2-cloroetil através do tecido resultantes tratamento.

Deposição de Sorbents porosa sobre suportes de tela

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

6.5K visualizações.  Naval Research Laboratory. Este relatório detalha uma abordagem iniciadas por microondas para deposição de porfirina acrescida organosilicate poroso sorbents sobre um tecido de algodão e demonstra diminuição do transporte de sulfureto (CEES) etil 2-cloroetil através do tecido resultantes tratamento.

Vídeo: Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

Preparação de hidrofóbicos Metal-Organic Frameworks via Plasma aprimorado Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanos para a remoção de amônia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Química

Characterization and Application of Passive Samplers for Monitoring of Pesticides in Water

Five different water passive samplers were calibrated under laboratory conditions for measurement of 124 legacy and current used pesticides. This study provides a protocol for the passive sampler preparation, calibration, extraction method and instrumental analysis. Sampling rates (RS) and passive sampler-water partition coefficients (KPW) were calculated for silicone rubber, polar organic chemical integrative sampler POCIS-A, POCIS-B, SDB-RPS and C18 disk. The uptake of the selected compounds depended on their physicochemical properties, i.e., silicone rubber showed a better uptake for more hydrophobic compounds (log octanol-water partition coefficient (KOW) &#62; 5.3), whereas POCIS-A, POCIS-B and SDB-RPS disk were more suitable for hydrophilic compounds (log KOW &#60; 0.70).

A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.

Caracterização e aplicação de amostradores passivos de monitorização de pesticidas em água

Five different water passive samplers were calibrated under laboratory conditions for measurement of 124 legacy and current used pesticides. This study ...

Ambiente

Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly repetitive protein has a molecular weight of 48kDa and is soluble in different solvents (hexafluoroisopropanol (HFIP), formic acid and aqueous buffers). eADF4(C16) provides a high potential for various technical applications when processed into morphologies such as films, capsules, particles, hydrogels, coatings, fibers and nonwoven meshes. Due to their chemical stability and controlled morphology, the latter can be used to improve filter materials. In this protocol, we present a procedure to enhance the efficiency of different air filter devices, by deposition of nonwoven meshes of electrospun recombinant spider silk proteins. Electrospinning of eADF4(C16) dissolved in HFIP results in smooth fibers. Variation of the protein concentration (5-25% w/v) results in different fiber diameters (80-1,100 nm) and thus pore sizes of the nonwoven mesh.
Post-treatment of eADF4(C16) electrospun from HFIP is necessary since the protein displays a predominantly &alpha;-helical secondary structure in freshly spun fibers, and therefore the fibers are water soluble. Subsequent treatment with ethanol vapor induces formation of water resistant, stable &beta;-sheet structures, preserving the morphology of the silk fibers and meshes. Secondary structure analysis was performed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and subsequent Fourier self-deconvolution (FSD).
The primary goal was to improve the filter efficiency of existing filter substrates by adding silk nonwoven layers on top. To evaluate the influence of electrospinning duration and thus nonwoven layer thickness on the filter efficiency, we performed air permeability tests in combination with particle deposition measurements. The experiments were carried out according to standard protocols.

Spider silk fibers display extraordinary mechanical properties. Engineered Araneus diadematus Fibroin 4 (eADF4) can be processed into nonwoven meshes using electrospinning. Here, the eADF4 nonwoven meshes are used to improve the performance of air filtering devices.

Filtro de ar de dispositivos, incluindo malhas não tecidos de electrospun Proteínas Recombinantes de seda de aranha

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly ...

Bioengenharia

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

Fabricação de fibras naturais robustos Preformas Utilizando bacteriana Celulose como Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven effective in gas adsorption, separations, and catalysis. MOFs are most commonly synthesized as bulk powder, requiring additional processes to adhere them to functional devices and fabrics that risk decreasing the powder porosity and adsorption capacity. Here, we demonstrate a method of first coating fabrics with metal oxide films using atomic layer deposition (ALD). This process creates conformal films of controllable thickness on each fiber, while providing a more reactive surface for MOF nucleation. By submerging the ALD coated fabric in solution during solvothermal MOF synthesis, the MOFs create a conformal, well-adhered coating on the fibers, resulting in a MOF-functionalized fabric, without additional adhesion materials that may block MOF pores and functional sites. Here we demonstrate two solvothermal synthesis methods. First, we form a MIL-96(Al) layer on polypropylene fibers using synthetic conditions that convert the metal oxide to MOF. Using initial inorganic films of varying thicknesses, diffusion of the organic linker into the inorganic allows us to control the extent of MOF loading on the fabric. Second, we perform a solvothermal synthesis of UiO-66-NH2 in which the MOF nucleates on the conformal metal oxide coating on polyamide-6 (PA-6) fibers, thereby producing a uniform and conformal thin film of MOF on the fabric. The resulting materials can be directly incorporated into filter devices or protective clothing and eliminate the maladroit qualities of loose powder.

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks are effective in gas storage and heterogeneous catalysis, but typical synthesis methods result in loose powders that are difficult to incorporate into smart materials. We demonstrate a method of first coating fabrics with ALD metal oxides, resulting in conformal films of MOF on the fabrics during solvothermal synthesis.

Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

Propriedades de superfície de carbono de Nanoporous sintetizado e matrizes de sílica

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and thus achieving stable water permeability through membranes over time. Here, we report a facile method to prepare hydrogels based on zwitterions for membrane applications. Freestanding films can be prepared from sulfobetaine methacrylate (SBMA) with a crosslinker of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) via photopolymerization. The hydrogels can also be prepared by impregnation into hydrophobic porous supports to enhance the mechanical strength. These films can be characterized by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to determine the degree of conversion of the (meth)acrylate groups, using goniometers for hydrophilicity and differential scanning calorimetry (DSC) for polymer chain dynamics. We also report protocols to determine the water permeability in dead-end filtration systems and the effect of foulants (bovine serum albumin, BSA) on membrane performance.

This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.

Síntese de hidrogeles com propriedades anti-deposição como membranas de purificação de água

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

In this paper, we present a protocol to selectively deposit organic materials on textiles, which allows for the direct integration of organic electronic devices with wearables. The fabricated devices can be fully integrated in textiles, respecting their mechanical appearance and enabling sensing capabilities.

Um método de fabricação simples e escalável para dispositivos eletrônicos orgânicos sobre os têxteis

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

Impregnação e enxertia de compostos aminados em substratos de sílica

A Synthetic Methodology for Preparing Impregnated and Grafted Amine-Based Silica Composites for Carbon Capture

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or direct air capture (DAC) methods. This work focuses on amine-functionalized CO2 adsorbents for DAC. These materials show promise for CO2 removal because they have low regeneration energy consumption and high adsorption capacity. The incorporation of amine species into a porous substrate combines the advantages of the amine species&#39; affinity to CO2 with the large pore volumes and surface areas of the porous substrate. There are three methods commonly used to prepare amine-based CO2 sorbents, depending on the selection of the amine species, material support, and preparation method. These methods are impregnation, grafting, or chemical synthesis. Silica is a prevalent choice of substrate material because of its adjustable pore size, moisture tolerance, temperature stability, and ability to adsorb CO2 in low concentrations for DAC applications. Typical synthetic procedures and primary attributes of both impregnated and grafted amine-silica composites are described herein.

Autor em destaque: Padronizando o desenvolvimento de compósitos de sílica à base de amina como adsorventes de CO2 para captura direta de ar 

This work aims to facilitate the development of standardized techniques for impregnating or grafting aminated compounds onto silica substrates, which are often broadly described in the literature. Specific amounts of solvent, substrate, amines, and the values of other important experimental parameters will be discussed in detail.

Uma Metodologia Sintética para Preparação de Compósitos de Sílica à Base de Aminas Impregnados e Enxertados para Captura de Carbono

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Uma Metodologia Sintética para Preparação de Compósitos de Sílica à Base de Aminas Impregnados e Enxertados para Captura de Carbono

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