Name: microhoneycomb monoliths prepared by the unidirectional freeze-drying of cellulose nanofiber based sols: method and extensions
Uploaded: 2018-05-24T13:30:00
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この仕事は基本的な研究プログラムの中国国家 (2014CB932400)、国家自然科学基金、中国の (番 51525204 と U1607206)、深セン基礎研究プロジェクト (号によって支えられました。JCYJ20150529164918735)。また、それぞれ親切供給ポリウレタンのスチレンのブタジエンのゴム、ダイセル Allnex 株式会社、JSR 株式会社に感謝したいと思います。

1. 1 wt %2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-オキシル (テンポ) の準備-酸化セルロース ナノファイバー (TOCN) ソルを介した
注: ソルは、連続的な液体媒体の非常に小さな固体粒子のコロイド懸濁液として定義されます。
<ol><li>700 mL の脱イオン (DI) 水に 20 分間 300 rpm で機械的攪拌機持つ 66.7 g Nadelholz 漂白クラフト パルプ (セルロースの 12 g を含む NBKP) を中断します。</li>
	<li>上記 NBKP ?...

<ol>
	<li>Nishihara, H., Mukai, S. R., Yamashita, D., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ordered+macroporous+silica+by+ice+templating.">Ordered macroporous silica by ice templating.</a> Chem. Mater. 17, 683-689 (2005).</li><li>Mukai, S. R., Nishihara, H., Yoshida, T., Taniguchi, K., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology+of+resorcinol-formaldehyde+gels+obtained+through+ice-templating.">Morphology of resorcinol-formaldehyde gels obtained through ice-templating.</a> Carbon. 43 (7), 1563-1565 (2005).</li><li>Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+microfibers+and+microhoneycombs+synthesized+by+ice+templating.">Porous microfibers and microhoneycombs synthesized by ice templating.</a> Catal. Surv. Asia. 10 (3-4), 161-171 (2006).</li><li>Nishihara, H., 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=Preparation+of+monolithic+SiO2-Al2O3+cryogels+with+inter-connected+macropores+through+ice+templating.">Preparation of monolithic SiO2-Al2O3 cryogels with inter-connected macropores through ice templating.</a> J. Mater. Chem. 16 (31), 3231-3236 (2006).</li><li>Mukai, S. R., Mitani, K., Murata, S., Nishihara, H., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembling+of+nanoparticles+using+ice+crystals.">Assembling of nanoparticles using ice crystals.</a> Mater. Chem. Phys. 123 (2), 347-350 (2010).</li><li>Cui, K., 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=Self-assembled+microhoneycomb+network+of+single-walled+carbon+nanotubes+for+solar+cells.">Self-assembled microhoneycomb network of single-walled carbon nanotubes for solar cells.</a> J. Phy. Chem. Lett. 4 (15), 2571-2576 (2013).</li><li>Xu, T., Wang, C. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+two-step+sintering+on+micro-honeycomb+BaTiO3+ceramics+prepared+by+freeze-casting+process.">Effect of two-step sintering on micro-honeycomb BaTiO3 ceramics prepared by freeze-casting process.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 36 (10), 2647-2652 (2016).</li><li>Yoshida, 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=CO2+Separation+in+a+flow+system+by+silica+microhoneycombs+loaded+with+an+ionic+liquid+prepared+by+the+ice-templating+method.">CO2 Separation in a flow system by silica microhoneycombs loaded with an ionic liquid prepared by the ice-templating method.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 56 (10), 2834-2839 (2017).</li><li>Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+monolithic+silica+gel+microhoneycombs+(SMHs)+using+pseudosteady+state+growth+of+microstructural+ice+crystals.">Formation of monolithic silica gel microhoneycombs (SMHs) using pseudosteady state growth of microstructural ice crystals.</a> Chem. Commun. (7), 874-875 (2004).</li><li>Gutie&#180;rrez, M. C., 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=Macroporous+3D+Architectures+of+Self-Assembled+MWCNT+Surface+Decorated+with+Pt+Nanoparticles+as+Anodes+for+a+Direct+Methanol+Fuel+Cell.">Macroporous 3D Architectures of Self-Assembled MWCNT Surface Decorated with Pt Nanoparticles as Anodes for a Direct Methanol Fuel Cell.</a> J. Phys. Chem. C. 111, 5557-5560 (2007).</li><li>Mukai, S. R., Nishihara, H., Tamon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology+maps+of+ice-templated+silica+gels+derived+from+silica+hydrogels+and+hydrosols.">Morphology maps of ice-templated silica gels derived from silica hydrogels and hydrosols.</a> Micropor. Mesopor. Mat. 116 (1-3), 166-170 (2008).</li><li>Okaji, R., Taki, K., Nagamine, S., Ohshima, M. <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+porous+honeycomb+monolith+from+UV-curable+monomer/dioxane+solution+via+unidirectional+freezing+and+UV+irradiation.">Preparation of porous honeycomb monolith from UV-curable monomer/dioxane solution via unidirectional freezing and UV irradiation.</a> J. Appl. Polym. Sci. 125 (4), 2874-2881 (2012).</li><li>Pan, Z. -. Z., 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=Cellulose+nanofiber+as+a+distinct+structure-directing+agent+for+xylem-like+microhoneycomb+monoliths+by+unidirectional+freeze-drying.">Cellulose nanofiber as a distinct structure-directing agent for xylem-like microhoneycomb monoliths by unidirectional freeze-drying.</a> ACS Nano. 10 (12), 10689-10697 (2016).</li><li>Saito, T., Nishiyama, Y., Putaux, J. -. L., Vigon, M., Isogai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homogeneous+Suspensions+of+Individualized+Microfibrils+from+TEMPO-Catalyzed+Oxidation+of+Native+Cellulose.">Homogeneous Suspensions of Individualized Microfibrils from TEMPO-Catalyzed Oxidation of Native Cellulose.</a> Biomacromolecules. 7 (6), 1687-1691 (2006).</li><li>Saito, T., Kimura, S., Nishiyama, Y., Isogai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+Nanofibers+Prepared+by+TEMPO-Mediated+Oxidation+of+Native+Cellulose.">Cellulose Nanofibers Prepared by TEMPO-Mediated Oxidation of Native Cellulose.</a> Biomacromolecules. 8, 2485-2491 (2007).</li><li>Bekyarova, E., 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=Multiscale+carbon+nanotube&#8722;+carbon+fiber+reinforcement+for+advanced+epoxy+composites.">Multiscale carbon nanotube&#8722; carbon fiber reinforcement for advanced epoxy composites.</a> Langmuir. 23, 3970-3974 (2007).</li><li>Nishihara, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Study on the simultaneous control of the nanostructure and morphology of the porous materials prepared via the ice-templating method [D]. , (2005).</li><li>Zhang, 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=Three-dimensional+porous+graphene+sponges+assembled+with+the+combination+of+surfactant+and+freeze-drying.">Three-dimensional porous graphene sponges assembled with the combination of surfactant and freeze-drying.</a> Nano Research. 7 (10), 1477-1487 (2014).</li><li>Tao, Y., 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=Towards+ultrahigh+volumetric+capacitance:+graphene+derived+highly+dense+but+porous+carbons+for+supercapacitors.">Towards ultrahigh volumetric capacitance: graphene derived highly dense but porous carbons for supercapacitors.</a> Sci. Rep. 3, 2975 (2013).</li></ol>

MHMs を達成するための最も重要なステップは一方向凍結のステップは水の中に凝固し、柱状の氷の結晶を形成し、フレームワークを形成するさておき、析出をプッシュします。一方向凍結過程は基本的に前駆体ゾル、冷却材間の熱伝達を含みます。我々 のセットアップでハンダディップ装置は一定速度で冷却水 (液体窒素) に前駆体ゾルを含む PP チューブを挿入する使用されました。液体窒?...

真新しい材料として microhoneycomb モノリス (印 MHM) 注目されて驚異的な学際的分野1,2,3,4,5,6,7,8.、MHM は最初ハニカムのようなクロス セクション9のストレート マイクロ チャネルの配列が一枚岩として変更された一方向 (UDF) を凍結乾燥のアプローチを通じて s. 向井らによって準備されました。MHM は、ハニカム構造、すなわち、効率的なテセレーション、高い強さに重量の比率、および低圧力損失の一般的な利点を所有しています。また、チャネル サイズを大きくしてハニカム一枚岩と比べると、MHM はあまり大きな比表面積を持っています。UDF メソッドには、氷の結晶と凍結時に同時相分離の一方向成長が含まれます。氷の結晶を除去した後氷結晶による成形固体成分が得られます。相分離時に形成される形態によって異なります (ゾルやゲル)、前駆体のとほとんどの場合、ラメラ10, 繊維11本質、フィッシュボーン12構造体は、MHMs ではなくを形成する可能性があります。その結果、MHMs の形成は、限られた前駆体でのみ報告されている、これは大幅に化学的性質の多様性を妨げています。我々 は最近、ナノファイバーが UDF プロセス13MHM 構造の形成を目指して強い構造演出機能を持っていることを発見しました。他の水分散コンポーネントとセルロース ナノファイバーを混合することによって単に異なる化学的性質を持つ MHMs の様々 な準備することが可能です。また、その外観形状やチャネル サイズが柔軟にかつ容易に制御された13です。したがって、MHMs は、生体材料のフィルター、触媒担体、フロー型電極、センサー、足場として使用する予定です。
この稿では、まず UDF プロセスの詳細を介してナノファイバーの水性分散液から MHMs の基本的な手法を説明します。また、複合 MHMs のいくつかの種類の準備を示します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="572">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Nadelholz Bleached Kraft Pulp</td>
			<td style="width:100px;">Seioko PMC company</td>
			<td style="width:89px;">CSF=600</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TEMPO</td>
			<td style="width:100px;">Macklin Inc.</td>
			<td style="width:89px;">T819129</td>
			<td style="width:167px;">98%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaBr</td>
			<td style="width:100px;">Macklin Inc.</td>
			<td style="width:89px;">S818075</td>
			<td style="width:167px;">AR, 99%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">NaClO</td>
			<td style="width:100px;">Aladin Inc.</td>
			<td style="width:89px;">S101636</td>
			<td style="width:167px;">6-14 wt% active chlorine basis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SBR colloid</td>
			<td style="width:100px;">JSR corp.</td>
			<td style="width:89px;">TRD102A</td>
			<td style="width:167px;">48.5 wt%</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">TiO2</td>
			<td style="width:100px;">Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">A63725402</td>
			<td style="width:167px;">crystalline anatase phase</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">carbon fiber</td>
			<td style="width:100px;">Shenzhen Xian&#8217;gu Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">XGCP-300</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Nitric acid</td>
			<td style="width:100px;">Huada Reagent Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">7697-37-2</td>
			<td style="width:167px;">65-68 wt%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mixer</td>
			<td style="width:100px;">Scientific Industries, Inc</td>
			<td style="width:89px;">G-560</td>
			<td style="width:167px;">the mixer&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Mechanical blender</td>
			<td style="width:100px;">Waring Lab Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">MX1000XTX</td>
			<td style="width:167px;">For disintegrating cellulose bundles into nanofibers.</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:216px;">Homogenizer</td>
			<td style="width:100px;">Scientz Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">HXF-DY</td>
			<td style="width:167px;">For dispersing TiO2 nanoparticles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">pH meter&#160;</td>
			<td style="width:100px;">Horiba Ltd.</td>
			<td style="width:89px;">F-74BW</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microhoneycomb monoliths prepared by the unidirectional freeze-drying of cellulose nanofiber based sols: method and extensions

モノリシックのハニカム構造体はそれらの高い強さに重量の比率のための学際的な分野に魅力的なされています。特に、マイクロ チャンネル microhoneycomb モノリス (MHMs) は、その大きな表面積のための反応および分離の効率の高いプラットフォームとして期待されています。今まで、非常に限られた前駆体からのみ一方向 (UDF) を凍結乾燥法による MHMs 用意します。ここで、さまざまなコンポーネントで構成される MHMs のシリーズを取得できるプロトコルを報告する.最近、我々 は UDF プロセスによる MHMs の形成に向けて明確な構造規定剤としてセルロース ナノファイバー関数を発見します。MHMs に譲歩しない水可溶性物質とセルロース ナノファイバーを混合することによってさまざまな複合 MHMs を用意できます。これは著しく用途に向けて MHMs の化学組成を富ませます。

一方向凍結の方向に沿って MHM TOCN の別の位置の形態が調査し、図 2に示します。MHM TOCN の底の部分からさらにされている位置、段階的な形態変化が明らかになった (図 2は、議論)。TOCN ソル均一混合物ゾルを形成するために 2 番目のコンポーネントを導入し、複合 MHMs の様々 な種類を準備することが可能です。...

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Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Microhoneycomb モノリス (MHMs) の様々 な準備、液体は非常に低圧で通過できる一般的なプロトコルを紹介します。フィルターとして使用する MHMs が取得される、触媒をサポートするフロー型の電極、センサーおよびバイオマテリアル足場。

セルロースナノファイバーの一方向凍結乾燥法により作製した Microhoneycomb モノリス基づくゾル: メソッドと拡張機能

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

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スキージベースアセンブリ法による生体膜マイクロアレイの形成

Lipid bilayer membranes form the plasma membranes of cells and define the boundaries of subcellular organelles. In nature, these membranes are ...

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溶剤アシスト脂質二重（SALB）法による生体膜の作製

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