Sellulose is 'n komplekse polisakkaried wat bestaan uit baie glukose-eenhede wat deur β-1,4-glikosidiese bindings verbind word. Dit is die hoofkomponent van plantselwande en gee plantselwande sterk strukturele ondersteuning en taaiheid. As gevolg van die lang sellulose molekulêre ketting en hoë kristalliniteit, het dit sterk stabiliteit en onoplosbaarheid.
(1) Eienskappe van sellulose en moeilikheid om op te los
Sellulose het die volgende eienskappe wat dit moeilik maak om op te los:
Hoë kristalliniteit: Die sellulose molekulêre kettings vorm 'n stywe traliestruktuur deur waterstofbindings en van der Waals-kragte.
Hoë graad van polimerisasie: Die graad van polimerisasie (dws die lengte van die molekulêre ketting) van sellulose is hoog en wissel gewoonlik van honderde tot duisende glukose-eenhede, wat die stabiliteit van die molekule verhoog.
Waterstofbindingsnetwerk: 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 sluit die bekende reagense wat sellulose effektief kan oplos hoofsaaklik die volgende kategorieë in:
1. Ioniese vloeistowwe
Ioniese vloeistowwe is vloeistowwe wat bestaan uit organiese katione en organiese of anorganiese anione, gewoonlik met lae vlugtigheid, hoë termiese stabiliteit en hoë verstelbaarheid. Sommige ioniese vloeistowwe kan sellulose oplos, en die hoofmeganisme is om die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings te breek. Algemene ioniese vloeistowwe wat sellulose oplos, sluit in:
1-Butiel-3-metielimidazoliumchloried ([BMIM]Cl): Hierdie ioniese vloeistof los sellulose op deur met waterstofbindings in sellulose te reageer deur waterstofbinding-aannemers.
1-Etiel-3-metielimidazoliumasetaat ([EMIM][Ac]): Hierdie ioniese vloeistof kan hoë konsentrasies sellulose onder relatief sagte toestande oplos.
2. Amien oksidant oplossing
Amien-oksidantoplossing soos 'n gemengde oplossing van diëtielamien (DEA) en koperchloried word [Cu(II)-ammoniumoplossing] 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) sisteem
Die LiCl-DMAc (litiumchloried-dimethylacetamide)-stelsel is een van die klassieke metodes om sellulose op te los. LiCl kan 'n kompetisie vir waterstofbindings vorm en sodoende die waterstofbindingsnetwerk tussen sellulosemolekules vernietig, terwyl DMAc as 'n oplosmiddel goed met die sellulose molekulêre ketting kan inwerk.
4. Soutsuur/sinkchloried oplossing
Die soutsuur/sinkchloried-oplossing is 'n vroeg ontdekte reagens wat sellulose kan oplos. Dit kan sellulose oplos deur 'n koördinasie-effek tussen sinkchloried en sellulose molekulêre kettings te vorm, en soutsuur wat die waterstofbindings tussen sellulosemolekules vernietig. Hierdie oplossing is egter hoogs 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 reeks toepassings in die velde van biodegradasie en biomassa-omsetting, alhoewel die ontbindingsproses nie heeltemal chemiese ontbinding is nie, maar deur biokatalise verkry word.
(3) Meganisme van sellulose-oplossing
Verskillende reagense het verskillende meganismes om sellulose op te los, maar oor die algemeen kan hulle aan twee hoofmeganismes toegeskryf word:
Vernietiging van waterstofbindings: Vernietig die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings deur kompeterende waterstofbindingsvorming of ioniese interaksie, wat dit oplosbaar maak.
Molekulêre kettingverslapping: Verhoog die sagtheid van sellulose molekulêre kettings en vermindering van die kristalliniteit van molekulêre kettings deur fisiese of chemiese middele, sodat hulle in oplosmiddels opgelos kan word.
(4) Praktiese toepassings van sellulose-oplossing
Sellulose-oplossing het belangrike toepassings in baie velde:
Bereiding van sellulosederivate: Nadat sellulose opgelos is, kan dit verder chemies aangepas word om sellulose-eters, sellulose-esters en ander derivate te berei, wat wyd gebruik word in voedsel, medisyne, bedekkings en ander velde.
Sellulose-gebaseerde materiale: Met behulp van opgeloste sellulose kan sellulose nanovesels, sellulose membrane en ander materiale voorberei word. Hierdie materiale het goeie meganiese eienskappe en bioversoenbaarheid.
Biomassa-energie: Deur sellulose op te los en af te breek, kan dit omgeskakel word in fermenteerbare suikers vir die vervaardiging van biobrandstof soos bio-etanol, wat help om die ontwikkeling en benutting van hernubare energie te bewerkstellig.
Sellulose-oplossing is 'n komplekse proses wat verskeie chemiese en fisiese meganismes behels. Ioniese vloeistowwe, aminooksidantoplossings, LiCl-DMAc-stelsels, soutsuur/sinkchloriedoplossings en sellolitiese ensieme is tans bekend as effektiewe middels vir die oplos van sellulose. Elke agent het sy eie unieke ontbindingsmeganisme en toepassingsveld. Met die in-diepte studie van die sellulose-oplosmeganisme word geglo dat meer doeltreffende en omgewingsvriendelike ontbindingsmetodes ontwikkel sal word, wat meer moontlikhede vir die benutting en ontwikkeling van sellulose bied.
Postyd: Jul-09-2024