Name: preparation of expanded chitin foams and their use in the removal of aqueous copper
Uploaded: 2021-02-27T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Expanded Chitin Foams and their Use in the Removal of Aqueous Copper at JoVE.com

Het onderzoek werd gesponsord door het Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory (Samenwerkingsovereenkomst Nummer W911NF-15-2-0020). Alle meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen die in dit materiaal worden uitgedrukt, zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijkerwijs de opvattingen van het Army Research Lab.
We bedanken het Center for Advanced Materials Processing (CAMP) aan de Montana Technological University voor het gebruik van enkele van de gespecialiseerde apparatuur die nodig is in deze studie. We bedanken ook Gary Wyss, Nancy Oyer, Rick LaDouceur, John Kirtley en Katherine Zodrow voor de technische assistentie en nuttige discussies.

1. Bereiding van geëxpandeerd chitine
<ol><li>Bereid een 250 ml oplossing van 5 wt% LiCl in dimethylacetamide (DMAc) LET OP: Het oplosmiddel DMAc is een brandbare irriterende stof die de vruchtbaarheid kan beschadigen en geboorteafwijkingen kan veroorzaken. Behandel DMAc in een zuurkast met chemicaliënbestendige handschoenen en brillen om contact met huid en ogen te voorkomen.<ol>
<li>Voeg 15 g LiCl en 285 g (268 ml) DMAc toe aan een Erlenmeyer van 500 ml en plaats vervolgens een met polytetrafluorethyleen (PTFE) ...

<ol>
	<li>Rinaudo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitin+and+chitosan:+Properties+and+applications.">Chitin and chitosan: Properties and applications.</a> Progress in Polymer Science. 31 (7), 603-632 (2006).</li><li>Percot, A., Viton, C., Domard, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+chitin+extraction+from+shrimp+shells.">Optimization of chitin extraction from shrimp shells.</a> Biomacromolecules. 4 (1), 12-18 (2003).</li><li>Austin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitin+solvents+and+solubility+parameters.">Chitin solvents and solubility parameters.</a> Chitin, Chitosan, and Related Enzymes. , 227-237 (1984).</li><li>Deepthi, S., Venkatesan, J., Kim, S. K., Bumgardner, J. D., Jayakumar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+overview+of+chitin+or+chitosan/nano+ceramic+composite+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">An overview of chitin or chitosan/nano ceramic composite scaffolds for bone tissue engineering.</a> International Journal of Biological Macromolecules. 93, 1338-1353 (2016).</li><li>Tao, F., 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=Applications+of+chitin+and+chitosan+nanofibers+in+bone+regenerative+engineering.">Applications of chitin and chitosan nanofibers in bone regenerative engineering.</a> Carbohydrate Polymers. 230, 115658 (2020).</li><li>Zhao, L., 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=Regulation+of+the+morphological+and+physical+properties+of+a+soft+tissue+scaffold+by+manipulating+DD+and+DS+of+O-carboxymethyl+chitin.">Regulation of the morphological and physical properties of a soft tissue scaffold by manipulating DD and DS of O-carboxymethyl chitin.</a> ACS Applied Bio Materials. 3 (9), 6187-6195 (2020).</li><li>Duan, Y., Freyburger, A., Kunz, W., Zollfrank, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+and+chitin+composite+materials+from+an+ionic+liquid+and+a+green+co-solvent.">Cellulose and chitin composite materials from an ionic liquid and a green co-solvent.</a> Carbohydrate Polymers. 192, 159-165 (2018).</li><li>Kadokawa, J., Takegawa, A., Mine, S., Prasad, K. <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+chitin+nanowhiskers+using+an+ionic+liquid+and+their+composite+materials+with+poly(vinyl+alcohol).">Preparation of chitin nanowhiskers using an ionic liquid and their composite materials with poly(vinyl alcohol).</a> Carbohydrate Polymers. 84 (4), 1408-1412 (2011).</li><li>Chen, Z., Wang, J., Qi, H. J., Wang, T., Naguib, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+and+sustainable+layered+chitin-vitrimer+composite+with+enhanced+modulus,+reprocessability,+and+smart+actuator+function.">Green and sustainable layered chitin-vitrimer composite with enhanced modulus, reprocessability, and smart actuator function.</a> ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 8 (40), 15168-15178 (2020).</li><li>Zhang, Z., Lucia, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitin-clay+composite+gels+with+enhanced+thermal+stability+prepared+in+a+green+and+facile+approach.">Chitin-clay composite gels with enhanced thermal stability prepared in a green and facile approach.</a> Journal of Materials Science. 56 (4), 3600-3611 (2021).</li><li>Ahmed, M. J., Hameed, B. H., Hummadi, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+recent+progress+in+chitosan/chitin-carbonaceous+material+composites+for+the+adsorption+of+water+pollutants.">Review on recent progress in chitosan/chitin-carbonaceous material composites for the adsorption of water pollutants.</a> Carbohydrate Polymers. 247, 116690 (2020).</li><li>Matsuoka, A., 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=Hydration+of+nitriles+to+amides+by+a+chitin-supported+ruthenium+catalyst.">Hydration of nitriles to amides by a chitin-supported ruthenium catalyst.</a> RSC Advances. 5 (16), 12152-12160 (2015).</li><li>Wang, Y., Li, Y., Liu, S., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+chitin+microspheres+and+their+multipurpose+application+as+catalyst+support+and+adsorbent.">Fabrication of chitin microspheres and their multipurpose application as catalyst support and adsorbent.</a> Carbohydrate Polymers. 120, 53-59 (2015).</li><li>Anastopoulos, I., Bhatnagar, A., Bikiaris, D., Kyzas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitin+Adsorbents+for+Toxic+Metals:+A+Review.">Chitin Adsorbents for Toxic Metals: A Review.</a> International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 114 (2017).</li><li>Habiba, U., Afifi, A. M., Salleh, A., Ang, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitosan/(polyvinyl+alcohol)/zeolite+electrospun+composite+nanofibrous+membrane+for+adsorption+of+Cr6+,+Fe3++and+Ni2+.">Chitosan/(polyvinyl alcohol)/zeolite electrospun composite nanofibrous membrane for adsorption of Cr6+, Fe3+ and Ni2+.</a> Journal of Hazardous Materials. 322, 182-194 (2017).</li><li>Kim, U. 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=Protein+adsorption+of+dialdehyde+cellulose-crosslinked+chitosan+with+high+amino+group+contents.">Protein adsorption of dialdehyde cellulose-crosslinked chitosan with high amino group contents.</a> Carbohydrate Polymers. 163, 34-42 (2017).</li><li>He, 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=Fabrication+of+PVA+nanofibers+grafted+with+octaamino-POSS+and+their+application+in+heavy+metal+adsorption.">Fabrication of PVA nanofibers grafted with octaamino-POSS and their application in heavy metal adsorption.</a> Journal of Polymers and the Environment. , (2020).</li><li>Tian, 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=Electrospinning+of+polyvinyl+alcohol+into+crosslinked+nanofibers:+An+approach+to+fabricate+functional+adsorbent+for+heavy+metals.">Electrospinning of polyvinyl alcohol into crosslinked nanofibers: An approach to fabricate functional adsorbent for heavy metals.</a> Journal of Hazardous Materials. 378, (2019).</li><li>Meille, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+methods+to+deposit+catalysts+on+structured+surfaces.">Review on methods to deposit catalysts on structured surfaces.</a> Applied Catalysis A: General. 315, 1-17 (2006).</li><li>Dotto, G. L., Cunha, J. M., Calgaro, C. O., Tanabe, E. H., Bertuol, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+chitin+using+ultrasound-assisted+and+supercritical+CO2+technologies+for+cobalt+adsorption.">Surface modification of chitin using ultrasound-assisted and supercritical CO2 technologies for cobalt adsorption.</a> Journal of Hazardous Materials. 295, 29-36 (2015).</li><li>Phongying, S., Aiba, S., Chirachanchai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+chitosan+nanoscaffold+formation+via+chitin+whiskers.">Direct chitosan nanoscaffold formation via chitin whiskers.</a> Polymer. 48 (1), 393-400 (2007).</li><li>Tan, T. S., Chin, H. Y., Tsai, M. L., Liu, 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=Structural+alterations,+pore+generation,+and+deacetylation+of+&#945;-+and+&#946;-chitin+submitted+to+steam+explosion.">Structural alterations, pore generation, and deacetylation of &#945;- and &#946;-chitin submitted to steam explosion.</a> Carbohydrate Polymers. 122, 321-328 (2015).</li><li>Chang, F. S., Chin, H. Y., Tsai, M. L. <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+chitin+with+puffing+pretreatment.">Preparation of chitin with puffing pretreatment.</a> Research on Chemical Intermediates. 44 (8), 4939-4955 (2018).</li><li>Goodrich, J. D., Winter, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#945;-Chitin+Nanocrystals+prepared+from+shrimp+shells+and+their+specific+surface+area+measurement.">&#945;-Chitin Nanocrystals prepared from shrimp shells and their specific surface area measurement.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 252-257 (2007).</li><li>Rolandi, M., Felts, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Naturally sourced chitin foam. , (2020).</li><li>McDermott, S., Hailer, M. K., Lead, 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=Meconium+identifies+high+levels+of+metals+in+newborns+from+a+mining+community+in+the+U.S.">Meconium identifies high levels of metals in newborns from a mining community in the U.S.</a> Science of the Total Environment. 707, 135528 (2020).</li><li>Hach Handbook of Water Analysis. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Copper,+Bicinchoninate+Method,+Method+8506.">Copper, Bicinchoninate Method, Method 8506.</a> Hach Handbook of Water Analysis. , (1979).</li><li>Crittenden, J. C., Trusell, R. R., Hand, D. R., Howe, K. J., Tchbanoglous, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption.">Adsorption.</a> MWH's Water Treatment. , 1117 (2012).</li><li>Focher, B., Beltrame, P. L., Naggi, A., Torri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alkaline+N-deacetylation+of+chitin+enhanced+by+flash+treatments.+Reaction+kinetics+and+structure+modifications.">Alkaline N-deacetylation of chitin enhanced by flash treatments. Reaction kinetics and structure modifications.</a> Carbohydrate Polymers. 12 (4), 405-418 (1990).</li><li>Scherrer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+size+and+the+internal+structure+of+colloidal+particles+by+means+of+X-rays.">Determination of the size and the internal structure of colloidal particles by means of X-rays.</a> News from the Society of Sciences in G&#246;ttingen, Mathematical- Physical Class. 2, 98-100 (1918).</li><li>Brunauer, S., Emmett, P. H., Teller, E. <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+gases+in+multimolecular+layers.">Adsorption of gases in multimolecular layers.</a> Journal of the American Chemical Society. 60 (2), 309-319 (1938).</li><li>Sing, K. S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+methods+for+the+characterization+of+porous+materials.">Adsorption methods for the characterization of porous materials.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 76-77, 3-11 (1998).</li><li>Rouquerol, J., Llewellyn, P., Rouquerol, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+the+bet+equation+applicable+to+microporous+adsorbents.">Is the bet equation applicable to microporous adsorbents.</a> Studies in Surface Science and Catalysis. 160, 49-56 (2007).</li><li>Vorokh, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scherrer+formula:+estimation+of+error+in+determining+small+nanoparticle+size.">Scherrer formula: estimation of error in determining small nanoparticle size.</a> Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. , 364-369 (2018).</li><li>Labidi, A., Salaberria, A. M., Fernandes, S. C. M., Labidi, J., Abderrabba, M. <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+copper+on+chitin-based+materials:+Kinetic+and+thermodynamic+studies.">Adsorption of copper on chitin-based materials: Kinetic and thermodynamic studies.</a> Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 65, 140-148 (2016).</li><li>Tian, M., Zhao, T. Q., Chin, P. L., Liu, B. S., Cheung, A. S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methane+and+propane+co-conversion+study+over+zinc,+molybdenum+and+gallium+modified+HZSM-5+catalysts+using+time-of-flight+mass-spectrometry.">Methane and propane co-conversion study over zinc, molybdenum and gallium modified HZSM-5 catalysts using time-of-flight mass-spectrometry.</a> Chemical Physics Letters. 592, 36-40 (2014).</li></ol>

De voorgestelde methode voor de fabricage van chitineschuim maakt de productie van dergelijke schuimen mogelijk zonder de noodzaak van gespecialiseerde apparatuur of technieken. De productie van het chitineschuim is afhankelijk van de suspensie van natriumhydride in een chitine sol-gel. Contact met water uit de atmosfeer induceert geleer van de chitinematrix en evolutie van waterstofgas door ontbinding van het natriumhydride. Daarom zijn de kritische stappen van het preparaat (1) vorming van de sol-gel, (2) introductie v...

Chitine is een mechanisch robuust en chemisch inert biopolymeer, de tweede alleen voor cellulose in natuurlijke abundantie1. Het is de belangrijkste component in het exoskelet van geleedpotigen en in de celwanden van schimmels en gist2. Chitine is vergelijkbaar met cellulose, maar met één hydroxylgroep van elk monomeer vervangen door een acetylaminegroep (Figuur 1A, B). Dit verschil verhoogt de sterkte van waterstofbinding tussen aangrenzende polymeerketens en geeft chitine zijn karakteristieke structurele veerkracht en chemische inertheid2,3. Vanwege zijn eigenschappen en overvloed heeft chitine aanzienlijke industriële en academische belangstelling aangetrokken. Het is bestudeerd als een steiger voor weefselgroei4,5,6,als een component in composietmaterialen7,8,9,10,11en als ondersteuning voor adsorbentia en katalysatoren11,12,13,14. Met name de chemische stabiliteit maakt chitine aantrekkelijk voor adsorptietoepassingen waarbij aandoeningen betrokken zijn die onherbergzaam zijn voor gewone adsorbentia14. Bovendien maakt de overvloed aan aminegroepen chitine een effectief adsorbens voor metaalionen15. De protonering van de aminegroepen onder zure omstandigheden vermindert echter de metaal adsorptiecapaciteit van chitine16. Een succesvolle strategie is om adsorptieplaatsen te introduceren die beter bestand zijn tegen protonatie17,18. In plaats daarvan wordt hierin een eenvoudige methode beschreven om het specifieke oppervlak en daarom het aantal adsorptieplaatsen in chitine te vergroten.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62301/62301fig01.jpg"> Figuur 1. Chemische structuur. (A) cellulose, (B) chitine, (C) chitosan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62301/62301fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Ondanks de vele potentiële toepassingen, chitine wordt onderbenut. Chitineverwerking is een uitdaging vanwege de lage oplosbaarheid in de meeste oplosmiddelen. Een belangrijke beperking voor het gebruik ervan bij katalyse en adsorptie is het lage specifieke oppervlak. Terwijl typische koolstof- en metaaloxidesteunen specifieke oppervlakken hebben in de orde van 102-103 m2/ g, hebben commerciële chitinevlokken oppervlakten in de orde van grootte van 10 m2/ g19,20,21. Er bestaan methoden om chitine uit te breiden tot schuimen, maar ze zijn steevast afhankelijk van hoge temperatuur en druk, sterke zuren en basen, of gespecialiseerde apparatuur die een belangrijke toegangsdrempel5,21,22,23,24,25vertegenwoordigt. Bovendien hebben deze methoden de neiging om chitine te deacetyleren om chitosan te vormen (Figuur 1C) - een meer oplosbaar en reactief biopolymeer5,25,26.
Hierin wordt een methode beschreven om chitine uit te breiden tot vaste schuimen, het specifieke oppervlak en de adsorptiecapaciteit te vergroten en de chemische integriteit te behouden. De methode is gebaseerd op de snelle evolutie van gas vanuit een chitinegel en vereist geen gespecialiseerde apparatuur. De verhoogde adsorptiecapaciteit van het geëxpandeerde chitine wordt aangetoond met waterige Cu2+-een veel voorkomende verontreiniging in het lokale grondwater26.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>Eenheid</td>
			<td>Nette Flake</td>
			<td>Gebakken schuim</td>
			<td>Gelyofiliseerd schuim</td>
		</tr>
<tr>
<td>Kristalliniteit</td>
			<td>%</td>
			<td>88</td>
			<td>74</td>
			<td>58</td>
		</tr>
<tr>
<td>Kristal grootte</td>
			<td>Nm</td>
			<td>6.5</td>
			<td>4.4</td>
			<td>4.4</td>
		</tr>
<tr>
<td>Oppervlakte</td>
			<td>m2/g</td>
			<td>12,6 ± 2,1</td>
			<td>43,1 ± 0,2</td>
			<td>73,9 ± 0,2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Cu Opname</td>
			<td>mg/g</td>
			<td>13,8 ± 2,9</td>
			<td>48,6 ± 1,9</td>
			<td>73,1 ± 2,0</td>
		</tr>
<tr>
<td>Cu Opname</td>
			<td>atoom/nm2
</td>
			<td>10,5 ± 2,8</td>
			<td>10,7 ± 0,4</td>
			<td>9,4 ± 0,3</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabel 1. Samenvatting van de materiaaleigenschappen. Chitineschuimen hebben een lagere kristalliniteit en kristalgrootte in vergelijking met nette chitinevlokken. Het specifieke oppervlak en de Cu-opname van de chitineschuimen zijn echter verhoudingsgewijs hoger dan die van de nette chitinevlokken.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ammonium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>9830</td>
			<td>NH4HCO3, &#8805;99.5 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chitin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C7170</td>
			<td>Pandalus borealis, practical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Colorimeter</td>
			<td>Hanna Instruments</td>
			<td>HI83399-01</td>
			<td>Photometer for wastewater analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper High Range Checker</td>
			<td>Hanna Instruments</td>
			<td>HI702</td>
			<td>Bicinchoninate colorimetric titration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper nitrate hydrate&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>223395</td>
			<td>Cu(NO3)2 &#183; 2.5 H2O, 98 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylacetamide (DMAc)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>271012</td>
			<td>Anhydrous, 99.8 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Nicolet</td>
			<td>Nexus 670</td>
			<td>Fitted with an ATR cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>310468</td>
			<td>LiCl, &#8805;99 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 Physisorption Apparatus</td>
			<td>Micromeritics</td>
			<td>Tristar II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH7208-1</td>
			<td>HNO3, 0.1 N</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Zeiss LEO</td>
			<td>1430 VP</td>
			<td>15 kV, secondary electron detector, 29-31 mm working distance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>223441</td>
			<td>NaH, packed in mineral oil, 90 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermogravimetric analyzer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>Q500</td>
			<td>100 ml/min N2, 10 &#176;C/min to 800 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Purification System</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>Milli-Q</td>
			<td>Type A water (18 M&#937;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-Ray Diffractometer</td>
			<td>Rigaku</td>
			<td>Ultima IV</td>
			<td>Cu K-&#945; radiation, 8.04 keV</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of expanded chitin foams and their use in the removal of aqueous copper

Chitine is een onderbenut, van nature overvloedig, mechanisch robuust en chemisch resistent biopolymeer. Deze kwaliteiten zijn wenselijk in een adsorbens, maar chitine mist het noodzakelijke specifieke oppervlak en de wijziging ervan omvat gespecialiseerde technieken en apparatuur. Hierin wordt een nieuwe chemische procedure beschreven voor het uitzetten van chitinevlokken, afgeleid van garnalenschelpafval, in schuimen met een hoger oppervlak. Het proces is gebaseerd op de evolutie van H2-gas uit de reactie van water met NaH gevangen in een chitinegel. De bereidingswijze vereist geen gespecialiseerde apparatuur. Poeder X-ray diffractie en N2-physisorptie geven aan dat de kristallietgrootte afneemt van 6,6 nm tot 4,4 nm en het specifieke oppervlak toeneemt van 12,6 ± 2,1 m2/g tot 73,9 ± 0,2 m2/g. Infraroodspectroscopie en thermogravimetrische analyse geven echter aan dat het proces de chemische identiteit van het chitine niet verandert. De specifieke Cu-adsorptiecapaciteit van het geëxpandeerde chitine neemt toe in verhouding tot het specifieke oppervlak van 13,8 ± 2,9 mg/g tot 73,1 ± 2,0 mg/g. De Cu-adsorptiecapaciteit als oppervlaktedichtheid blijft echter relatief constant bij een gemiddelde van 10,1 ± 0,8 atoom / nm2, wat opnieuw suggereert dat er geen verandering is in de chemische identiteit van het chitine. Deze methode biedt de middelen om chitine om te zetten in een materiaal met een hoger oppervlak zonder de gewenste eigenschappen op te offeren. Hoewel het chitineschuim hier wordt beschreven als een adsorbens, kan het worden voorgesteld als een katalysatorondersteuning, thermische isolator en structureel materiaal.

Geëxpandeerd chitine vertoont dezelfde morfologie, ongeacht de droogmethode. Figuur 3 toont afbeeldingen van nette chitinevlokken (figuur 3A1), ovengedroogd geëxpandeerd chitine (figuur 3B1) en lyofiliseerd geëxpandeerd chitine (figuur 3C3). Terwijl de nette vlokken het uiterlijk van grof zand hebben, heeft het geëxpandeerde chitineschuim het uiterlijk van een korrel van gesprongen maïs. Scann...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Expanded Chitin Foams and their Use in the Removal of Aqueous Copper at JoVE.com

Preparation of Expanded Chitin Foams and their Use in the Removal of Aqueous Copper

Deze studie beschrijft een methode om chitine uit te breiden tot een schuim door chemische technieken die geen gespecialiseerde apparatuur vereisen.

Bereiding van geëxpandeerde chitineschuimen en hun gebruik bij het verwijderen van waterig koper

Chitin is an underexploited, naturally abundant, mechanically robust, and chemically resistant biopolymer. These qualities are desirable in an adsorbent, ...

Dit protocol maakt de nieuwe fysieke transformatie van chitine mogelijk, een afvalmateriaal met een hoog volume, dat notoir moeilijk is om mee te werken. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de eenvoud van de verwerkingsmethodologie. Omdat het geen gespecialiseerde materialen vereist.Alleen de basisuitrusting die vaak wordt aangetroffen in chemische laboratoria. We hebben deze methode gedemonstreerd met chitine, maar deze techniek kan worden aangepast om uitgebreide versies van andere polymeren en biopolymeren te maken die gels vormen. In de eenvoudigste versie van deze techniek, uitgevoerd zoals gedemonstreerd.Geduld is belangrijk. De jellingsnelheid zal veranderen met dagelijkse en seizoensgebonden veranderingen in de luchtvochtigheid. Droog een dag voor het bereiden van de geëxpandeerde chitine minstens 1,2 gram chitinevlokken gedurende 24 uur in een oven van 80 graden Celsius.Voeg de volgende ochtend in een zuurkast en in een chemisch resistente handschoenen en bril 15 gram lithiumchloride toe aan 285 gram D-MAc, in een Erlenmeyer van 500 milliliter, met daarin een 50 milliliter PTFE lijn magneetroerder. Dek de kolf af met een rubberen septum en leg deze op een roerplaat. Plaats een temperatuursonde in het mengsel door het septum en roer het mengsel met 400 omwentelingen per minuut bij 80 graden Celsius, gedurende ongeveer 4 uur.Wanneer al het lithiumchloride is opgelost, voegt u 1 gram van de in de oven gedroogde chitinevlokken toe aan de 5% lithiumchloride D-MAc-oplossing. En breng de resulterende oplossing over in een kolf met ronde bodem van 500 milliliter, met daarin een met PTFE beklede magneetroerstaaf van 50 milliliter. Plaats de kolfdop met het rubberen septum op een roerend warmteblok.Prik met een naald naar het septum om de kolf te laten ontluchten en verwarm de oplossing bij 80 graden Celsius, met roeren met 400 omwentelingen per minuut gedurende 24 tot 48 uur. Wanneer alle chitine is opgelost, laat u de resulterende chitine sol-gel gedurende ongeveer een uur afkoelen tot kamertemperatuur, onder roeren. Zodra de oplossing kamertemperatuur heeft bereikt, plaatst u de kolf in een ijsbad, met voortdurend roeren gedurende ongeveer 20 minuten, totdat de temperatuur stabiliseert.Om een 100 milliliter slurry van natriumhydride en D-MAc te bereiden. Was in een zuurkast, met chemicaliënbestendige handschoenen en een bril, ongeveer 1 gram natriumhydride verwijderd uit de opslag van minerale olie. 3 keer met 10 milliliter hexaan per wasbeurt.Voeg 0,82 g van het gewassen natriumhydride toe aan een verse Erlenmeyer van 250 milliliter, met 100 milliliter D-MAc onder een magnetische roerstaaf van de PTFE-lijn, en draai het mengsel om een natriumhydride D-MAc-slurry te produceren. Om de chitinegel te vormen, voegt u het volledige volume natriumhydride-slurry toe aan de gekoelde sol-gel, terwijl u de geloplossing krachtig roert. Vervang vervolgens de dop en blijf het mengsel roeren met 400 omwentelingen per minuut, totdat zich een gel vormt.Nadat de gel is gevormd, voegt u 100 milliliter gedeïoniseerd water toe aan de kolf in een zuurkast en verwijdert u het geëxpandeerde chitineschuim uit de kolf en breekt u het schuim indien nodig in stukken. Plaats het schuim in een kristallisatieschaal die groot genoeg is om het schuim vast te houden, samen met 1000 milliliter gedeïoniseerd water. Spoel de geïsoleerde gel 3 keer, met 500 milliliter gedeioniseerd water per wasbeurt, voordat u de gel weekt in 1000 milliliter gedeioniseerd water, 500 milliliter methanol en 1000 milliliter vers gedeoniseerd water voor 24 per onderdompeling.Laat na de laatste gedeoniseerde waterwas de gel 24 tot 48 uur aan de lucht drogen. De gel kan vervolgens 48 uur in de oven worden gedroogd bij 85 graden Celsius onder omgevingslucht of een lyofilisator, bij min 43 graden Celsius en 0,024 millibar druk, gedurende 48 uur. Wanneer een vast chitineschuim wordt gevormd, gebruik dan een vijzel en stamper om het schuim tot een fijn poeder te malen.Voor het drogen vertonen de kneed chitinevlokken een kernzanduitstraling. Na het drogen lijkt de geëxpandeerde chitinemorfologie op een popcornkorrel, ongeacht de methode. Scanning elektronenmicrofoto's onthulden dat kneed chitine een compacte dichte structuur is, terwijl de geëxpandeerde chitine lijkt op gekreukt papier of gerimpelde vellen.In röntgendiffractiestudies vertoont kneden chitine een sterke piek bij 19,3 graden die overeenkomt met het kristalvlak. Die neemt in intensiteit af na het bakken, of lyofiliseren. Suggererend, dat drogen de kristalliniteitsindex van het chitine verandert.Meting van het specifieke oppervlak verkregen uit stikstoffysiosorptie-isothermen, toont het grootste opnamevolume voor de geëxpandeerde schuimen. Bevestiging van de meer open en poreuze structuur van deze monsters. Ondanks deze veranderingen in morfologie lijkt het expansieproces de chemische structuur van het chitine niet te beïnvloeden.Zoals waargenomen in deze representatieve IR-spectrogrammen. Soortgelijke waarnemingen worden opgemerkt, na thermogravimetrische analyse. Met het begin van thermische ontleding van alle drie de monsters die plaatsvinden bij 260 graden Celsius, en de maximale ontledingssnelheid die optreedt bij een hogere temperatuur voor chitinevlokken, vanwege de compactere morfologie.De toename van het specifieke oppervlak gaat gepaard met een verwachte toename van de maximale koperopname door chitine. Deze verschillen in opname verdwijnen echter, wanneer de koperopname wordt genormaliseerd door het oppervlak. Het is belangrijk om te onthouden dat D-MAc en NAH gevaarlijke chemicaliën zijn, die zorgvuldig moeten worden behandeld.Werk altijd in een zuurkast en draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen. De beperkte stikstof adsorptie-isothermen die we hebben verzameld, kunnen alleen een specifiek oppervlak bieden. Volledige stikstofabsorptie-isothermen kunnen porositeitsinformatie geven die van cruciaal belang is voor het bepalen van het nut in grootteselectieve toepassingen.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction

Preparation and Use of Samarium Diiodide SmI2 in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and NiII Salts in the Samarium Barbier Reaction

Voorbereiding en gebruik van samariumdijodide (SMI<sub&gt; 2</sub&gt;) In Organic Synthesis: The mechanische rol van HMPA en Ni (II) zouten in de Samarium Barbier Reaction

Although initially considered an esoteric reagent, SmI2 has become a common tool for synthetic organic chemists. SmI2 is generated through the addition of ...

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

Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak

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

Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments

Afschilfering van de Egyptische Blauw en Han Blauw, Twee Alkali Aarde Koper silicaat-gebaseerde Pigmenten

In a visualized example of the ancient past connecting with modern times, we describe the preparation and exfoliation of CaCuSi4O10 and BaCuSi4O10, the ...

Preparation and Use of Carbonyl-decorated Carbenes in the Activation of White Phosphorus

Bereiding en het gebruik van Carbonyl ingerichte carbenen in de activering van witte fosfor

Here we present a protocol for the synthesis of two distinct carbonyl-decorated carbenes. Both carbenes can be prepared using nearly identical procedures ...

Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by Copper(I)-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units

Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by CopperI-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units

Bereiding van een Corannulene-gefunctionaliseerd Hexahelicene door koper (I) -gekatalyseerde Acetyleenalkoholen-azide Cycloadditiereacties van nonplanar Polyaromatische Units

The main purpose of this video is to show 6 reaction steps of a convergent synthesis and prepare a complex molecule containing up to three nonplanar ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Eiwitsynthese Bioconjugaten<em&gt; via</em&gt; Cysteïne-maleïmide Chemistry

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

Visualisatie van Ambient Massaspectrometrie met het gebruik van Schlieren fotografie

This manuscript outlines how to visualize mass spectrometry ambient ionization sources using schlieren photography. In order to properly optimize the mass ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Synthese van cyclische polymeren en karakterisering van hun Diffusive Motion in de Smelt staat bij de Single Molecule niveau

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Preparation of Chitosan-based Injectable Hydrogels and Its Application in 3D Cell Culture

Voorbereiding van injecteerbare Hydrogels Chitosan gebaseerde en de toepassing ervan in de 3D-celkweek

The protocol presents a facile, efficient, and versatile method to prepare chitosan-based hydrogels using dynamic imine chemistry. The hydrogel is ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

Een handige methode voor de extractie en analyse met hogedruk-vloeistofchromatografie Catecholamine Neurotransmitters en hun metabolieten

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...