Celuloza je složen polisaharid sastavljen od mnogih glukoznih jedinica povezanih sa β-1,4-glikosidijskim vezama. To je glavna komponenta zidova biljnih ćelija i daje postrojenju stanične zidove snažnu strukturnu podršku i žilavost. Zbog duge celulozne molekularnog lanca i visokog kristalnosti, ima snažnu stabilnost i insolaciju.
(1) svojstva celuloze i poteškoće u rastvaranju
Celuloza ima sljedeća svojstva koja otežavaju rastvaranje:
Visoka kristalnost: Celulozni molekularni lanci formiraju usku rešenu strukturu kroz vodonigene veze i snage van der Waals.
Visok stepen polimerizacije: stepen polimerizacije (tj. Dužina molekularnog lanca) celuloze je visok, obično se kreće od stotina do hiljada jedinica glukoze, što povećava stabilnost molekula.
Mreža vodika: Vodovodike su široko prisutne između i unutar molekularnih lanaca celuloze, što otežava uništavanje i rastvaranje općih otapala.
(2) reagensi koji rastvaraju celulozu
Trenutno poznati reagensi koji mogu učinkovito rastvarati celulozu uglavnom uključuju sljedeće kategorije:
1. Jonske tečnosti
Jonske tečnosti su tečnosti sastavljene od organskih kationa i organskih ili anorganskih aniona, obično sa malom volatilnosti, visokom toplinskom stabilnošću i velikom podesivošću. Neke jonske tečnosti mogu rastvoriti celulozu, a glavni mehanizam je razbiti vodonikove obveznice između molekularnih lanaca celuloze. Uobičajene jonske tečnosti koje rastvaraju celulozu uključuju:
1-butil-3-metilimidazolijum-hlorid ([BMIM] CL): Ova jonska tečnost otapa celulozu interakcijom sa vodikovnim vezama u celulozi kroz akceptere vodika.
1-etil-3-metilimidazolium acetat ([EMIM] [AC]): Ova jonska tečnost može rastvoriti visoke koncentracije celuloze u relativno blagim uvjetima.
2. Amin oksidant rješenje
Amin oksidant rješenje poput miješanog rješenja dietilamina (DEA) i bakrenog hlorida naziva se [CU (II) -Mommonium rješenje], što je jak sistem otapala koji može otopiti celulozu. Uništava kristalnu strukturu celuloze kroz oksidaciju i vodonik, čineći celulozni molekularni lanac mekši i topivniji.
3. Litijum-klorid-dimetilacetamid (licl-dmac) sistem
Sistem licl-DMAC (litijum-klorid-dimetiklamid) jedan je od klasičnih metoda za celulozu o otapanju. Licl može formirati konkurs za vodonikove obveznice, čime se uništava mrežu vodonika između molekula celuloze, dok DMAC kao otapalo može dobro interakciju sa molekularnim lancem celuloze.
4. Hloklorovo ili cink hloridsko rješenje
Hloklorovsko kiselina / cinkovo rješenje je rano otkriveni reagens koji može otopiti celulozu. Može otopiti celulozu formiranjem koordinacijskog efekta između klorida cinka i celuloznog molekularnih lanaca, te hidroklorokrene kiseline uništavanje vodikovnih veza između molekula celuloze. Međutim, ovo rješenje je vrlo korozivno za opremu i ograničena je u praktičnim primjenama.
5. Fibrinolitički enzimi
Fibrinolitički enzimi (kao što su celule) rastvaraju celulozu kataliziranjem razgradnje celuloze u manji oligosaharidi i monosaharidi. Ova metoda ima širok spektar primjene u oblastima pretvorbe biorazgradnje i biomase, iako njen postupak raspuštanja nije u potpunosti hemijsko rastvaranje, već se postiže biokadalizom.
(3) mehanizam raspuštanja celuloze
Različiti reagensi imaju različite mehanizme za otapanje celuloze, ali općenito mogu se pripisati dva glavna mehanizma:
Uništavanje vodikovih obveznica: uništavanje vodikovih obveznica između molekularnih lanaca celuloze kroz konkurentnu formiranje ventilacije vodika ili jonska interakcija, što ga čini rastvorljivim.
Opuštanje molekularnog lanca: Povećavanje mekoće celuloznih molekularnih lanaca i smanjenje kristalnosti molekularnih lanaca kroz fizičko ili hemijsko sredstvo, tako da se mogu rastvoriti u otapalima.
(4) Praktične primjene raspuštanja celuloze
Rastvortulu celuloze ima važne aplikacije u mnogim poljima:
Priprema celuloznih derivata: Nakon otapanja celuloze, može se dalje hemijski modifikovati za pripremu celuloznih etera, celuloznih estera i drugih derivata koji se široko koriste u hrani, medicini, premazima i drugim poljima.
Materijali na bazi celuloze: Korištenje rastvorene celuloze, celulozne nanofibre, celulozne membrane i ostali materijali mogu se pripremiti. Ovi materijali imaju dobre mehaničke svojstva i biokompatibilnost.
Energija biomase: rastvaranjem i ponižavajućim celulozom, može se pretvoriti u fermentable šećere za proizvodnju biogoriva poput bioetanola, što pomaže u postizanju razvoja i korištenja obnovljivih izvora energije.
Diskopis celuloze je složen proces koji uključuje više hemijskih i fizičkih mehanizama. Jonske tečnosti, amino oksidanta, licl-DMAC sustavi, hidrouklorična rješenja za hlorid / cink i Celliltitic Enzimi su trenutno efikasni agenti za otapanje celuloze. Svaki agent ima svoj jedinstveni mehanizam za raspuštanje i polje aplikacije. Sa dubinskim studijem mehanizma za raspuštanje celuloze, vjeruje se da će se razviti efikasnije i ekološki prihvatljivije metode otapala, pružajući više mogućnosti za korištenje i razvoj celuloze.
Vrijeme objavljivanja: jul-09-2024