সেলুলোজ দ্রবীভূতকারী বিকারক কি?

সেলুলোজ হল একটি জটিল পলিস্যাকারাইড যা β-1,4-গ্লাইকোসিডিক বন্ড দ্বারা সংযুক্ত অনেকগুলি গ্লুকোজ ইউনিটের সমন্বয়ে গঠিত। এটি উদ্ভিদ কোষ প্রাচীরের প্রধান উপাদান এবং উদ্ভিদ কোষের দেয়ালকে শক্তিশালী কাঠামোগত সমর্থন এবং দৃঢ়তা দেয়। দীর্ঘ সেলুলোজ আণবিক শৃঙ্খল এবং উচ্চ স্ফটিকতার কারণে, এটির শক্তিশালী স্থিতিশীলতা এবং অদ্রবণীয়তা রয়েছে।

(1) সেলুলোজের বৈশিষ্ট্য এবং দ্রবীভূত করতে অসুবিধা

সেলুলোজের নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা দ্রবীভূত করা কঠিন করে তোলে:

উচ্চ স্ফটিকতা: সেলুলোজ আণবিক চেইন হাইড্রোজেন বন্ধন এবং ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনীর মাধ্যমে একটি শক্ত জালির কাঠামো তৈরি করে।

পলিমারাইজেশনের উচ্চ ডিগ্রী: সেলুলোজের পলিমারাইজেশনের ডিগ্রি (অর্থাৎ আণবিক চেইনের দৈর্ঘ্য) বেশি, সাধারণত কয়েকশ থেকে হাজার হাজার গ্লুকোজ ইউনিটের মধ্যে থাকে, যা অণুর স্থায়িত্ব বাড়ায়।

হাইড্রোজেন বন্ড নেটওয়ার্ক: হাইড্রোজেন বন্ডগুলি সেলুলোজ আণবিক চেইনের মধ্যে এবং এর মধ্যে ব্যাপকভাবে উপস্থিত থাকে, যা সাধারণ দ্রাবক দ্বারা ধ্বংস এবং দ্রবীভূত করা কঠিন করে তোলে।

(2) বিকারক যা সেলুলোজ দ্রবীভূত করে

বর্তমানে, সেলুলোজকে কার্যকরভাবে দ্রবীভূত করতে পারে এমন পরিচিত বিকারকগুলির মধ্যে প্রধানত নিম্নলিখিত বিভাগগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে:

1. আয়নিক তরল

আয়নিক তরল হল জৈব ক্যাটেশন এবং জৈব বা অজৈব অ্যানয়নগুলির সমন্বয়ে গঠিত তরল, সাধারণত কম উদ্বায়ীতা, উচ্চ তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং উচ্চ সমন্বয়যোগ্যতা সহ। কিছু আয়নিক তরল সেলুলোজ দ্রবীভূত করতে পারে এবং প্রধান প্রক্রিয়া হল সেলুলোজ আণবিক চেইনের মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ভেঙ্গে ফেলা। সেলুলোজ দ্রবীভূত করে এমন সাধারণ আয়নিক তরলগুলির মধ্যে রয়েছে:

1-Butyl-3-methylimidazolium ক্লোরাইড ([BMIM]Cl): এই আয়নিক তরল হাইড্রোজেন বন্ড গ্রহণকারীদের মাধ্যমে সেলুলোজে হাইড্রোজেন বন্ডের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে সেলুলোজকে দ্রবীভূত করে।

1-ইথাইল-3-মিথাইলিমিডাজোলিয়াম অ্যাসিটেট ([EMIM][Ac]): এই আয়নিক তরল তুলনামূলকভাবে হালকা অবস্থায় সেলুলোজের উচ্চ ঘনত্বকে দ্রবীভূত করতে পারে।

2. অ্যামাইন অক্সিডেন্ট দ্রবণ
অ্যামাইন অক্সিডেন্ট দ্রবণ যেমন ডায়থাইলামাইন (DEA) এবং কপার ক্লোরাইডের মিশ্র দ্রবণকে [Cu(II)-অ্যামোনিয়াম দ্রবণ] বলা হয়, যা একটি শক্তিশালী দ্রাবক ব্যবস্থা যা সেলুলোজকে দ্রবীভূত করতে পারে। এটি অক্সিডেশন এবং হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে সেলুলোজের স্ফটিক কাঠামোকে ধ্বংস করে, সেলুলোজ আণবিক চেইনকে নরম এবং আরও দ্রবণীয় করে তোলে।

3. লিথিয়াম ক্লোরাইড-ডাইমিথাইল্যাসেটামাইড (LiCl-DMAc) সিস্টেম
LiCl-DMAc (লিথিয়াম ক্লোরাইড-ডাইমেথাইল্যাসেটামাইড) সিস্টেম সেলুলোজ দ্রবীভূত করার ক্লাসিক পদ্ধতিগুলির মধ্যে একটি। LiCl হাইড্রোজেন বন্ডের জন্য একটি প্রতিযোগিতা তৈরি করতে পারে, যার ফলে সেলুলোজ অণুগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ড নেটওয়ার্ক ধ্বংস হয়ে যায়, যখন দ্রাবক হিসাবে DMAc সেলুলোজ আণবিক চেইনের সাথে ভালভাবে যোগাযোগ করতে পারে।

4. হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড/জিঙ্ক ক্লোরাইড দ্রবণ
হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড/জিঙ্ক ক্লোরাইড দ্রবণ হল একটি প্রাথমিক আবিষ্কৃত বিকারক যা সেলুলোজকে দ্রবীভূত করতে পারে। এটি দস্তা ক্লোরাইড এবং সেলুলোজ আণবিক চেইনগুলির মধ্যে একটি সমন্বয় প্রভাব তৈরি করে সেলুলোজকে দ্রবীভূত করতে পারে এবং হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড সেলুলোজ অণুর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ধ্বংস করে। যাইহোক, এই সমাধানটি যন্ত্রপাতির জন্য অত্যন্ত ক্ষয়কারী এবং ব্যবহারিক প্রয়োগে সীমিত।

5. ফাইব্রিনোলাইটিক এনজাইম
ফাইব্রিনোলাইটিক এনজাইমগুলি (যেমন সেলুলাস) সেলুলোজের পচনকে অনুঘটক করে ছোট অলিগোস্যাকারাইড এবং মনোস্যাকারাইডে সেলুলোজ দ্রবীভূত করে। এই পদ্ধতির বায়োডিগ্রেডেশন এবং বায়োমাস রূপান্তরের ক্ষেত্রে বিস্তৃত প্রয়োগ রয়েছে, যদিও এর দ্রবীভূতকরণ প্রক্রিয়া সম্পূর্ণরূপে রাসায়নিক দ্রবীভূত নয়, তবে বায়োক্যাটালাইসিসের মাধ্যমে অর্জন করা হয়।

(3) সেলুলোজ দ্রবীভূত করার প্রক্রিয়া

সেলুলোজ দ্রবীভূত করার জন্য বিভিন্ন রিএজেন্টের বিভিন্ন প্রক্রিয়া রয়েছে, তবে সাধারণভাবে এগুলি দুটি প্রধান প্রক্রিয়ার জন্য দায়ী করা যেতে পারে:
হাইড্রোজেন বন্ধন ধ্বংস: প্রতিযোগিতামূলক হাইড্রোজেন বন্ড গঠন বা আয়নিক মিথস্ক্রিয়া মাধ্যমে সেলুলোজ আণবিক চেইন মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ধ্বংস, এটি দ্রবণীয় করে তোলে।
আণবিক শৃঙ্খল শিথিলকরণ: সেলুলোজ আণবিক চেইনের কোমলতা বৃদ্ধি এবং ভৌত বা রাসায়নিক উপায়ের মাধ্যমে আণবিক চেইনের স্ফটিকতা হ্রাস করা, যাতে সেগুলি দ্রাবকগুলিতে দ্রবীভূত হয়।

(4) সেলুলোজ দ্রবীভূত করার ব্যবহারিক প্রয়োগ

সেলুলোজ দ্রবীভূতকরণের অনেক ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ রয়েছে:
সেলুলোজ ডেরিভেটিভের প্রস্তুতি: সেলুলোজ দ্রবীভূত করার পরে, এটিকে আরও রাসায়নিকভাবে পরিবর্তিত করে সেলুলোজ ইথার, সেলুলোজ এস্টার এবং অন্যান্য ডেরিভেটিভ তৈরি করা যেতে পারে, যা খাদ্য, ওষুধ, আবরণ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
সেলুলোজ ভিত্তিক উপকরণ: দ্রবীভূত সেলুলোজ, সেলুলোজ ন্যানোফাইবার, সেলুলোজ মেমব্রেন এবং অন্যান্য উপকরণ ব্যবহার করে প্রস্তুত করা যেতে পারে। এই উপকরণ ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং biocompatibility আছে.
বায়োমাস শক্তি: সেলুলোজকে দ্রবীভূত করে এবং অবনমিত করে, এটি বায়োইথানলের মতো জৈব জ্বালানি তৈরির জন্য গাঁজনযোগ্য শর্করাতে রূপান্তরিত হতে পারে, যা পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির বিকাশ এবং ব্যবহার অর্জনে সহায়তা করে।

সেলুলোজ দ্রবীভূত একটি জটিল প্রক্রিয়া যার মধ্যে একাধিক রাসায়নিক এবং শারীরিক প্রক্রিয়া জড়িত। আয়নিক তরল, অ্যামিনো অক্সিডেন্ট সমাধান, LiCl-DMAc সিস্টেম, হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড/জিঙ্ক ক্লোরাইড দ্রবণ এবং সেলোলাইটিক এনজাইমগুলি বর্তমানে সেলুলোজ দ্রবীভূত করার জন্য কার্যকরী এজেন্ট হিসাবে পরিচিত। প্রতিটি এজেন্টের নিজস্ব অনন্য দ্রবীভূতকরণ প্রক্রিয়া এবং প্রয়োগ ক্ষেত্র রয়েছে। সেলুলোজ দ্রবীভূতকরণ পদ্ধতির গভীরভাবে অধ্যয়নের সাথে, এটি বিশ্বাস করা হয় যে আরও দক্ষ এবং পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ দ্রবীভূতকরণ পদ্ধতি তৈরি করা হবে, যা সেলুলোজের ব্যবহার এবং বিকাশের জন্য আরও সম্ভাবনা প্রদান করবে।