Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну
Production of valuable industrial materials from lignins as byproducts of different origin is of importance to solve the utilization problem for large amounts of these byproducts. One of the corresponding pathways is the production of water-soluble lignins, for which, interactions with water and aqu...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/731 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543958201532416 |
|---|---|
| author | Gun'ko, V. M. Turov, V. V. |
| author_facet | Gun'ko, V. M. Turov, V. V. |
| author_sort | Gun'ko, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:29:45Z |
| description | Production of valuable industrial materials from lignins as byproducts of different origin is of importance to solve the utilization problem for large amounts of these byproducts. One of the corresponding pathways is the production of water-soluble lignins, for which, interactions with water and aqueous solutions play an important role in practical application efficiency of these materials. One could assume that interactions of lignins with bound water and solutions depend strongly on the dispersion media and the presence of various (e.g., polar and ion-generating) solutes in water. The interfacial and temperature behaviors of water (solutions) bound to lignin particles in wetted powders could be effectively studied using low-temperature 1H NMR spectroscopy applied to static samples that allows one to separate mobile and immobile phases vs. temperature below freezing point (Tf,b) of bulk liquid. At T < Tf,b several effects could be observed in wetted lignin powders such as confined space effects (CSE) in pores or voids between or inside crosslinked macromolecules, cryoscopic effects (CE) in bound solutions, partial freezing of liquids with cryoconcentration and differentiation of solutions, clusterization of bound liquids, etc. To elucidate some of these effects, wetted water-soluble lignin powders at a constant degree of hydration (h = 0.3 g/g) were studied in such dispersion media as air and chloroform-d alone or in a mixture with deuterated trifluoroacetic acid using the low-temperature 1H NMR spectroscopy method. Additionally, hydrated lignin molecules of different sizes were studied using quantum chemistry methods. Obtained results show that both CSE and CE affect the temperature behavior of bound water and related solutions. However, there is no their strong synergetic impact because the stronger bound the water (solution) the lower the activity of water as a solvent; i.e., CSE could partially inhibit CE. The obtained results are of interest in order to better understand different aspects of applications of water-soluble lignins under various conditions. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:23Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-731 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:56Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7312025-06-19T09:29:45Z Interfacial and temperature behaviors of water and solutions bound to water-soluble lignin powder Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну Gun'ko, V. M. Turov, V. V. water-soluble lignin bound water interfacial phenomena confined space effect cryoscopic effect dispersion media effect водорозчинний лігнін зв’язана вода міжфазні явища ефекти обмеженого простору кріоскопічні ефекти ефект дисперсійного середовища Production of valuable industrial materials from lignins as byproducts of different origin is of importance to solve the utilization problem for large amounts of these byproducts. One of the corresponding pathways is the production of water-soluble lignins, for which, interactions with water and aqueous solutions play an important role in practical application efficiency of these materials. One could assume that interactions of lignins with bound water and solutions depend strongly on the dispersion media and the presence of various (e.g., polar and ion-generating) solutes in water. The interfacial and temperature behaviors of water (solutions) bound to lignin particles in wetted powders could be effectively studied using low-temperature 1H NMR spectroscopy applied to static samples that allows one to separate mobile and immobile phases vs. temperature below freezing point (Tf,b) of bulk liquid. At T < Tf,b several effects could be observed in wetted lignin powders such as confined space effects (CSE) in pores or voids between or inside crosslinked macromolecules, cryoscopic effects (CE) in bound solutions, partial freezing of liquids with cryoconcentration and differentiation of solutions, clusterization of bound liquids, etc. To elucidate some of these effects, wetted water-soluble lignin powders at a constant degree of hydration (h = 0.3 g/g) were studied in such dispersion media as air and chloroform-d alone or in a mixture with deuterated trifluoroacetic acid using the low-temperature 1H NMR spectroscopy method. Additionally, hydrated lignin molecules of different sizes were studied using quantum chemistry methods. Obtained results show that both CSE and CE affect the temperature behavior of bound water and related solutions. However, there is no their strong synergetic impact because the stronger bound the water (solution) the lower the activity of water as a solvent; i.e., CSE could partially inhibit CE. The obtained results are of interest in order to better understand different aspects of applications of water-soluble lignins under various conditions. Перетворення лігнінів різного походження на цінні продукти є важливим з практичної точки зору. Одним із відповідних шляхів є отримання водорозчинних лігнінів, для яких взаємодія з водою та водними розчинами відіграє важливу роль в ефективності практичного застосування цих матеріалів. Можна припустити, що взаємодія лігнінів з водою та розчинами сильно залежить від дисперсійних середовищ і присутності різноманітних (наприклад, полярних та іоногенеруючих) розчинених речовин у воді. Міжфазну та температурну поведінку води (розчинів), зв’язаної з частинками лігніну у зволожених порошках, можна ефективно досліджувати за допомогою низькотемпературної 1H ЯМР-спектроскопії статичних зразків, що дозволяє розділити рухливі та нерухомі фази в залежності від температури нижче точки замерзання (Tf) рідини. При T < Tf у вологих зразках порошку можна спостерігати кілька ефектів, таких як ефекти обмеженого простору (CSE) у порах або порожнечах між або всередині макромолекул, кріоскопічні ефекти (CE) у розчинах, часткове заморожування рідин, кріоконцентрація та диференціація розчинів, кластеризація зв’язаних рідин тощо. Щоб з’ясувати деякі з цих ефектів, змочений лігнін (водорозчинний) при постійному ступені гідратації (h = 0.3 г/г) досліджували на повітрі та хлороформі-d окремо та в суміші з дейтерованою трифтороцтовою кислотою з використанням методу 1H ЯМР, застосованого до статичних зразків. Крім того, методами квантової хімії досліджували гідратовані молекули лігніну. Отримані результати показують, що як CSE, так і CE впливають на температурну поведінку зв’язаної води та пов’язаних розчинів. Однак їхній синергетичний ефект відсутній, тому що чим міцніше зв’язана вода (розчин), тим нижча активність води як розчинника; тобто, CSE може частково пригнічувати CE. Отримані результати становлять інтерес з практичної точки зору для застосування водорозчинних лігнінів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-08-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/731 10.15407/hftp15.03.313 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 313-327 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 313-327 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 3 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 313-327 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/731/747 Copyright (c) 2024 V. M. Gun'ko, V. V. Turov |
| spellingShingle | водорозчинний лігнін зв’язана вода міжфазні явища ефекти обмеженого простору кріоскопічні ефекти ефект дисперсійного середовища Gun'ko, V. M. Turov, V. V. Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title | Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title_alt | Interfacial and temperature behaviors of water and solutions bound to water-soluble lignin powder |
| title_full | Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title_fullStr | Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title_full_unstemmed | Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title_short | Міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| title_sort | міжфазна та температурна поведінка води та розчинів, що зв’язані у порошку водорозчинного лігніну |
| topic | водорозчинний лігнін зв’язана вода міжфазні явища ефекти обмеженого простору кріоскопічні ефекти ефект дисперсійного середовища |
| topic_facet | water-soluble lignin bound water interfacial phenomena confined space effect cryoscopic effect dispersion media effect водорозчинний лігнін зв’язана вода міжфазні явища ефекти обмеженого простору кріоскопічні ефекти ефект дисперсійного середовища |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/731 |
| work_keys_str_mv | AT gunkovm interfacialandtemperaturebehaviorsofwaterandsolutionsboundtowatersolubleligninpowder AT turovvv interfacialandtemperaturebehaviorsofwaterandsolutionsboundtowatersolubleligninpowder AT gunkovm mížfaznatatemperaturnapovedínkavoditarozčinívŝozvâzaníuporoškuvodorozčinnogolígnínu AT turovvv mížfaznatatemperaturnapovedínkavoditarozčinívŝozvâzaníuporoškuvodorozčinnogolígnínu |