Sellüloza β-1,4-qlikozid bağları ilə bağlanmış çoxlu qlükoza vahidlərindən ibarət mürəkkəb polisaxariddir. Bitki hüceyrə divarlarının əsas komponentidir və bitki hüceyrə divarlarına güclü struktur dəstək və möhkəmlik verir. Uzun selüloz molekulyar zəncirinə və yüksək kristallığına görə güclü sabitliyə və həll olunmazlığa malikdir.
(1) Selülozun xüsusiyyətləri və həllində çətinlik
Sellüloza həllini çətinləşdirən aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir:
Yüksək kristallik: Sellüloza molekulyar zəncirləri hidrogen bağları və van der Waals qüvvələri vasitəsilə sıx qəfəs quruluşu əmələ gətirir.
Yüksək polimerləşmə dərəcəsi: Sellülozanın polimerləşmə dərəcəsi (yəni molekulyar zəncirinin uzunluğu) yüksəkdir, adətən yüzlərlə qlükoza vahidindən minlərlə qlükoza vahidinə qədər dəyişir, bu da molekulun dayanıqlığını artırır.
Hidrogen bağı şəbəkəsi: Hidrogen bağları sellüloza molekulyar zəncirləri arasında və daxilində geniş şəkildə mövcuddur və ümumi həlledicilər tərəfindən məhv edilməsini və həllini çətinləşdirir.
(2) Selülozu həll edən reagentlər
Hal-hazırda, sellülozu effektiv şəkildə həll edə bilən məlum reagentlərə əsasən aşağıdakı kateqoriyalar daxildir:
1. İon mayeləri
İon mayeləri üzvi kationlardan və üzvi və ya qeyri-üzvi anionlardan ibarət olan, adətən aşağı uçuculuq, yüksək istilik sabitliyi və yüksək tənzimlənmə qabiliyyəti olan mayelərdir. Bəzi ion mayeləri sellülozu həll edə bilir və əsas mexanizm sellülozun molekulyar zəncirləri arasında hidrogen bağlarını qırmaqdır. Selülozu həll edən ümumi ion mayelərinə aşağıdakılar daxildir:
1-Butil-3-metilimidazolium xlorid ([BMIM]Cl): Bu ionlu maye hidrogen bağı qəbulediciləri vasitəsilə sellülozadakı hidrogen bağları ilə qarşılıqlı təsir göstərərək sellülozu həll edir.
1-Etil-3-metilimidazolium asetat ([EMIM][Ac]): Bu ion maye nisbətən mülayim şəraitdə yüksək konsentrasiyalı sellülozu həll edə bilər.
2. Amin oksidləşdirici məhlulu
Dietilamin (DEA) və mis xloridin qarışıq məhlulu kimi amin oksidləşdirici məhlul [Cu(II)-ammonium məhlulu] adlanır ki, bu da sellülozu həll edə bilən güclü həlledici sistemdir. Oksidləşmə və hidrogen bağlanması yolu ilə sellülozun kristal quruluşunu məhv edir, sellüloza molekulyar zəncirini daha yumşaq və daha həlledici edir.
3. Litium xlorid-dimetilasetamid (LiCl-DMAc) sistemi
LiCl-DMAc (litium xlorid-dimetilasetamid) sistemi sellülozu həll etmək üçün klassik üsullardan biridir. LiCl hidrogen bağları üçün rəqabət yarada bilər və bununla da sellüloza molekulları arasında hidrogen rabitəsi şəbəkəsini məhv edə bilər, həlledici kimi DMAc isə sellüloza molekulyar zənciri ilə yaxşı qarşılıqlı əlaqədə ola bilər.
4. Xlorid turşusu/sink xlorid məhlulu
Xlorid turşusu/sink xlorid məhlulu sellülozu həll edə bilən erkən kəşf edilmiş reagentdir. Sink xlorid və sellüloza molekulyar zəncirləri arasında koordinasiya effekti yaradaraq sellülozu həll edə bilər və hidroklor turşusu selüloz molekulları arasındakı hidrogen bağlarını məhv edir. Bununla belə, bu həll avadanlıq üçün yüksək dərəcədə aşındırıcıdır və praktik tətbiqlərdə məhduddur.
5. Fibrinolitik fermentlər
Fibrinolitik fermentlər (məsələn, selülazlar) sellülozun parçalanmasını daha kiçik oliqosakaridlərə və monosaxaridlərə kataliz edərək sellülozu həll edir. Bu üsul biodeqradasiya və biokütlənin çevrilməsi sahələrində geniş tətbiq sahəsinə malikdir, baxmayaraq ki, onun həll edilməsi prosesi tam kimyəvi həllolma deyil, biokataliz vasitəsilə əldə edilir.
(3) Sellülozanın həll olunma mexanizmi
Müxtəlif reagentlər sellülozu həll etmək üçün müxtəlif mexanizmlərə malikdir, lakin ümumilikdə onları iki əsas mexanizmə aid etmək olar:
Hidrogen bağlarının məhv edilməsi: Rəqabətli hidrogen bağının formalaşması və ya ion qarşılıqlı təsiri vasitəsilə sellüloza molekulyar zəncirləri arasında hidrogen bağlarının məhv edilməsi, onu həll olunan hala gətirmək.
Molekulyar zəncirvari relaksasiya: Sellüloza molekulyar zəncirlərinin yumşaqlığının artırılması və molekulyar zəncirlərin həlledicilərdə həll oluna bilməsi üçün fiziki və ya kimyəvi vasitələrlə kristallığının azaldılması.
(4) Sellüloza həllinin praktiki tətbiqləri
Selülozun həlli bir çox sahədə mühüm tətbiqlərə malikdir:
Sellüloza törəmələrinin hazırlanması: Selülozu həll etdikdən sonra onu daha da kimyəvi cəhətdən dəyişdirərək, qida, tibb, örtük və digər sahələrdə geniş istifadə olunan sellüloza efirləri, sellüloza efirləri və digər törəmələri hazırlamaq olar.
Sellüloza əsaslı materiallar: Həll edilmiş selüloz, sellüloza nanolifləri, sellüloz membranları və digər materiallardan istifadə etməklə hazırlana bilər. Bu materiallar yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə və biouyğunluğa malikdir.
Biokütlə enerjisi: Selülozu həll etməklə və parçalamaqla, bərpa olunan enerjinin inkişafına və istifadəsinə nail olmağa kömək edən bioetanol kimi bioyanacaqların istehsalı üçün fermentləşdirilə bilən şəkərlərə çevrilə bilər.
Selülozun əriməsi bir çox kimyəvi və fiziki mexanizmləri əhatə edən mürəkkəb bir prosesdir. İon mayeləri, amin oksidləşdirici məhlullar, LiCl-DMAc sistemləri, xlorid turşusu/sink xlorid məhlulları və sellüloz fermentləri hazırda sellülozu həll etmək üçün təsirli vasitələr kimi tanınır. Hər bir agentin özünəməxsus həll mexanizmi və tətbiq sahəsi var. Selülozun əridilməsi mexanizminin dərindən öyrənilməsi ilə, sellülozun utilizasiyası və inkişafı üçün daha çox imkanlar təmin edən daha səmərəli və ekoloji cəhətdən təmiz həll üsullarının hazırlanacağına inanılır.
Göndərmə vaxtı: 09 iyul 2024-cü il