Sellulose is 'n komplekse polisakkaried wat bestaan uit baie glukose-eenhede wat deur β-1,4-glykosidiese bindings verbind is. Dit is die belangrikste komponent van plantselwande en gee plant selwande sterk strukturele ondersteuning en taaiheid. As gevolg van die lang sellulose -molekulêre ketting en 'n hoë kristaliniteit, het dit sterk stabiliteit en onoplosbaarheid.
(1) Eienskappe van sellulose en probleme met die oplos
Cellulose het die volgende eienskappe wat dit moeilik maak om op te los:
Hoë kristaliniteit: Die sellulose -molekulêre kettings vorm 'n stywe roosterstruktuur deur waterstofbindings en van der Waals -kragte.
Hoë mate van polimerisasie: Die mate van polimerisasie (dws die lengte van die molekulêre ketting) van sellulose is hoog, wat gewoonlik wissel van honderde tot duisende glukose -eenhede, wat die stabiliteit van die molekule verhoog.
Waterstofbindingnetwerk: Waterstofbindings is wyd teenwoordig tussen en binne sellulose -molekulêre kettings, wat dit moeilik maak om deur algemene oplosmiddels vernietig en opgelos te word.
(2) reagense wat sellulose oplos
Tans bevat die bekende reagense wat sellulose effektief kan oplos, hoofsaaklik die volgende kategorieë:
1. Ioniese vloeistowwe
Ioniese vloeistowwe is vloeistowwe wat bestaan uit organiese katione en organiese of anorganiese anione, gewoonlik met lae wisselvalligheid, hoë termiese stabiliteit en hoë verstelbaarheid. Sommige ioniese vloeistowwe kan sellulose oplos, en die belangrikste meganisme is om die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings te breek. Algemene ioniese vloeistowwe wat sellulose oplos, sluit in:
1-butyl-3-metielimidazoliumchloried ([BMIM] CL): Hierdie ioniese vloeistof los sellulose op deur met waterstofbindings in sellulose deur middel van waterstofbindingsaanvaarders te werk.
1-etiel-3-metielimidazoliumasetaat ([EMIM] [AC]): Hierdie ioniese vloeistof kan hoë konsentrasies sellulose onder relatief ligte toestande oplos.
2. amienoksidantoplossing
Amienoksidantoplossing soos 'n gemengde oplossing van diethylamine (DEA) en koperchloried word [Cu (II) -ammonium-oplossing] genoem, wat 'n sterk oplosmiddelstelsel is wat sellulose kan oplos. Dit vernietig die kristalstruktuur van sellulose deur oksidasie en waterstofbinding, wat die sellulose molekulêre ketting sagter en meer oplosbaar maak.
3. litiumchloried-dimetielasetamied (LICL-DMAC) stelsel
Die LiCL-DMAC (Lithium Chloride-Dimethylacetamide) -stelsel is een van die klassieke metodes om sellulose op te los. LICL kan 'n kompetisie vir waterstofbindings vorm en sodoende die waterstofbindingnetwerk tussen sellulose -molekules vernietig, terwyl DMAC as oplosmiddel goed met die sellulose -molekulêre ketting kan inwerk.
4. Hidrochloorsuur/sinkchloriedoplossing
Die soutsuur-/sinkchloriedoplossing is 'n vroeë ontdekte reagens wat sellulose kan oplos. Dit kan sellulose oplos deur 'n koördinasie -effek te vorm tussen sinkchloried- en sellulose -molekulêre kettings, en soutsuur wat die waterstofbindings tussen sellulose -molekules vernietig. Hierdie oplossing is egter baie korrosief vir toerusting en is beperk in praktiese toepassings.
5. fibrinolitiese ensieme
Fibrinolitiese ensieme (soos sellulases) los sellulose op deur die ontbinding van sellulose in kleiner oligosakkariede en monosakkariede te kataliseer. Hierdie metode het 'n wye verskeidenheid toepassings in die velde van biodegradasie en biomassa -omskakeling, hoewel die oplosproses daarvan nie heeltemal chemiese ontbinding is nie, maar word deur biokatalise bewerkstellig.
(3) Meganisme van sellulose -oplos
Verskillende reagense het verskillende meganismes om sellulose op te los, maar in die algemeen kan dit aan twee hoofmeganismes toegeskryf word:
Vernietiging van waterstofbindings: vernietiging van die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings deur mededingende waterstofbindingvorming of ioniese interaksie, wat dit oplosbaar maak.
Molekulêre kettingverslapping: verhoog die sagtheid van sellulose molekulêre kettings en verminder die kristaliniteit van molekulêre kettings deur fisiese of chemiese middele, sodat dit in oplosmiddels opgelos kan word.
(4) Praktiese toepassings van sellulose -ontbinding
Sellulose -ontbinding het belangrike toepassings in baie velde:
Voorbereiding van sellulose -afgeleides: Na die oplos van sellulose, kan dit verder chemies gemodifiseer word om sellulose -eters, sellulose -esters en ander afgeleides voor te berei, wat wyd gebruik word in voedsel, medisyne, bedekkings en ander velde.
Sellulose-gebaseerde materiale: Die gebruik van opgeloste sellulose, sellulose-nanovesels, sellulose-membrane en ander materiale kan voorberei word. Hierdie materiale het goeie meganiese eienskappe en biokompatibiliteit.
Biomassa -energie: Deur sellulose op te los en te verneder, kan dit omgeskakel word in fermenteerbare suikers vir die produksie van biobrandstof soos bio -etanol, wat help om die ontwikkeling en gebruik van hernubare energie te bewerkstellig.
Sellulose -oplos is 'n ingewikkelde proses wat veelvuldige chemiese en fisiese meganismes behels. Ioniese vloeistowwe, amino-oksidantoplossings, LICL-DMAC-stelsels, soutsuur/sinkchloriedoplossings en sellolitiese ensieme is tans bekend dat dit effektiewe middels is om sellulose op te los. Elke agent het sy eie unieke ontbindingsmeganisme en toepassingsveld. Met die diepgaande studie van die sellulose-ontbindingsmeganisme word geglo dat meer doeltreffende en omgewingsvriendelike oplossingsmetodes ontwikkel sal word, wat meer moontlikhede bied vir die gebruik en ontwikkeling van sellulose.
Postyd: Jul-09-2024