Цэлюлоза-гэта складаны поліцукрыд, які складаецца з мноства глюкозы, злучаных β-1,4-глікозіднымі сувязямі. Гэта асноўны кампанент раслінных клеткавых сценак і дае раслінныя клеткавыя сценкі моцнай структурнай падтрымкі і трываласці. З -за доўгай малекулярнай ланцуга цэлюлозы і высокай крышталічнасці яна валодае моцнай устойлівасцю і нерашучасцю.
(1) Уласцівасці цэлюлозы і цяжкасці ў растварэнні
Цэлюлоза валодае наступнымі ўласцівасцямі, якія абцяжарваюць растварэнне:
Высокая крышталічнасць: малекулярныя ланцугі цэлюлозы ўтвараюць шчыльную структуру кратаў праз вадародныя сувязі і сілы ван дэр -Ваальса.
Высокая ступень палімерызацыі: ступень палімерызацыі (г.зн. даўжыня малекулярнай ланцуга) цэлюлозы высокая, звычайна вагаецца ад сотняў да тысяч адзінак глюкозы, што павялічвае стабільнасць малекулы.
Сетка вадародных сувязей: вадародныя сувязі шырока прысутнічаюць паміж малекулярнымі ланцужкамі цэлюлозы, што абцяжарвае знішчэнне і растварэнне агульнымі растваральнікамі.
(2) рэагенты, якія раствараюць цэлюлозу
У цяперашні час вядомыя рэагенты, якія могуць эфектыўна раствараць цэлюлозу ў асноўным, уключаць наступныя катэгорыі:
1. Іённыя вадкасці
Іённыя вадкасці - гэта вадкасці, якія складаюцца з арганічных катыёнаў і арганічных або неарганічных аніёнаў, звычайна з нізкай валацільнасць, высокай цеплавой устойлівасцю і высокай рэгулярнасцю. Некаторыя іённыя вадкасці могуць растварыць цэлюлозу, а галоўным механізмам з'яўляецца парушэнне вадародных сувязяў паміж малекулярнымі ланцужкамі цэлюлозы. Агульныя іённыя вадкасці, якія раствараюць цэлюлозу, ўключаюць:
1-бутил-3-метилимидазолиум хларыд ([BMIM] CL): Гэтая іённая вадкасць растварае цэлюлозу, узаемадзейнічаючы з вадароднымі сувязямі ў цэлюлозе праз акцэптары вадародных сувязяў.
1-этил-3-метилимидазолий ацэтат ([EMIM] [AC]): Гэтая іённая вадкасць можа растварацца ў высокіх канцэнтрацыях цэлюлозы пры адносна мяккіх умовах.
2. Амін -акісляльны раствор
Раствор акісляльніка аміну, напрыклад, змешаны раствор диэтиламина (DEA) і хларыд медзі, называюць [Cu (II) -Ammonium растворам], які з'яўляецца моцнай сістэмай растваральніка, якая можа растварыць цэлюлозу. Ён разбурае крышталічную структуру цэлюлозы шляхам акіслення і вадароднай сувязі, робячы малекулярную ланцужок цэлюлозы мякчэй і раствараецца.
3. Літый хлорыд-диметилацетамід (LICL-DMAC)
Сістэма LICL-DMAC (хларыд-диметилацетамід)-адзін з класічных метадаў растварэння цэлюлозы. LICL можа стварыць канкурэнцыю за вадародныя сувязі, тым самым разбураючы сетку вадароднай сувязі паміж малекуламі цэлюлозы, у той час як DMAC як растваральнік можа добра ўзаемадзейнічаць з малекулярнай ланцужком цэлюлозы.
4. Раствор хларыду з гідрахларавай кіслатой/цынк
Раствор хларыду салянай кіслаты/цынку з'яўляецца раннім выяўленым рэагентам, які можа растварыць цэлюлозу. Ён можа растварыць цэлюлозу, утвараючы каардынацыйны эфект паміж хларыдам цынку і малекулярнымі ланцужкамі цэлюлозы, і салянай кіслатой, разбураючы вадародныя сувязі паміж малекуламі цэлюлозы. Аднак гэтае рашэнне вельмі агрэсіўнае для абсталявання і абмежавана ў практычных прыкладаннях.
5. Фібрыналітычныя ферменты
Фібрыналітычныя ферменты (напрыклад, цэлюлазы) раствараюць цэлюлозу, каталізуючы раскладанне цэлюлозы на больш дробныя алігасахарыды і моносахарыды. Гэты метад мае шырокі спектр прымянення ў галіне біяраскладання і пераўтварэння біямасы, хоць працэс яго растварэння не з'яўляецца цалкам хімічным растварэннем, але дасягаецца праз біякаталіз.
(3) Механізм растварэння цэлюлозы
Розныя рэагенты маюць розныя механізмы растварэння цэлюлозы, але ў цэлым іх можна аднесці да двух асноўных механізмаў:
Знішчэнне вадародных сувязяў: разбурэнне вадародных сувязяў паміж малекулярнымі ланцужкамі цэлюлозы праз канкурэнтныя адукацыі вадародных сувязей або іённае ўзаемадзеянне, што робіць яго растваральным.
Рэлаксацыя малекулярнай ланцуга: павелічэнне мяккасці малекулярных ланцугоў цэлюлозы і зніжэнне крышталічнасці малекулярных ланцугоў праз фізічныя ці хімічныя сродкі, каб іх можна было распусціцца ў растваральніках.
(4) Практычнае прымяненне растварэння цэлюлозы
Растварэнне цэлюлозы мае важнае прымяненне ў многіх галінах:
Падрыхтоўка вытворных цэлюлозы: пасля растварэння цэлюлозы яна можа быць яшчэ больш хімічна мадыфікавана для падрыхтоўкі эфіраў цэлюлозы, эфіраў цэлюлозы і іншых вытворных, якія шырока выкарыстоўваюцца ў ежы, леках, пакрыццях і іншых палях.
Матэрыялы на аснове цэлюлозы: з выкарыстаннем растворанай цэлюлозы, нанавалакно цэлюлозы, мембраны цэлюлозы і іншых матэрыялаў. Гэтыя матэрыялы валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі і біялагічнай сумяшчальнасцю.
Энергія біямасы: раствараючы і прыніжаючы цэлюлозу, яна можа быць пераўтворана ў ферментаваны цукар для вытворчасці біяпаліва, такіх як біяэтанол, што дапамагае дасягнуць развіцця і выкарыстання аднаўляльных крыніц энергіі.
Распуск цэлюлозы - гэта складаны працэс, які ўключае некалькі хімічных і фізічных механізмаў. Іённыя вадкасці, амінакідантныя растворы, сістэмы LICL-DMAC, гідрахлорныя кіслаты/цынк хларыдных раствораў і цэлалітычныя ферменты, як вядома, эфектыўныя агенты для растварэння цэлюлозы. У кожнага агента ёсць свой унікальны механізм растварэння і поле прыкладання. З дапамогай паглыбленага вывучэння механізму растварэння цэлюлозы лічыцца, што будуць распрацаваны больш эфектыўныя і экалагічна чыстыя метады растварэння, што забяспечвае больш магчымасцей для выкарыстання і развіцця цэлюлозы.
Час пасля: ліпень-09-2024