Cellulose ist ein komplexes Polysaccharid, das aus vielen Glukoseeinheiten besteht, die durch β-1,4-glycosidische Bindungen verbunden sind. Es ist der Hauptbestandteil von Pflanzenzellwänden und verleiht Pflanzenzellwände eine starke strukturelle Unterstützung und Zähigkeit. Aufgrund der langen Molekularkette und der hohen Kristallinität hat sie eine starke Stabilität und Insolubless.
(1) Eigenschaften von Cellulose und Schwierigkeiten beim Auflösen
Cellulose hat die folgenden Eigenschaften, die es schwierig machen, sich aufzulösen:
Hohe Kristallinität: Die Molekularketten der Cellulose bilden eine enge Gitterstruktur durch Wasserstoffbrückenbindungen und Van der Waals.
Hoher Polymerisationsgrad: Der Polymerisationsgrad (dh die Länge der molekularen Kette) von Cellulose ist hoch und reicht von Hunderten bis Tausenden Glukoseeinheiten, was die Stabilität des Moleküls erhöht.
Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerk: Wasserstoffbrückenbindungen sind zwischen und innerhalb von Cellulosemolekülketten weit verbreitet, was es schwierig macht, durch allgemeine Lösungsmittel zerstört und gelöst zu werden.
(2) Reagenzien, die Cellulose auflösen
Derzeit enthalten die bekannten Reagenzien, die Cellulose effektiv auflösen können, hauptsächlich die folgenden Kategorien:
1. Ionische Flüssigkeiten
Ionische Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, die aus organischen Kationen und organischen oder anorganischen Anionen bestehen, normalerweise mit geringer Volatilität, hoher thermischer Stabilität und hoher Einstellbarkeit. Einige ionische Flüssigkeiten können Cellulose auflösen, und der Hauptmechanismus besteht darin, die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Cellulosemolekülketten zu brechen. Zu den häufigen ionischen Flüssigkeiten, die Cellulose auflösen, gehören:
1-Butyl-3-methylimidazoliumchlorid ([BMIM] CL): Diese ionische Flüssigkeit löst Cellulose durch Wechselwirkung mit Wasserstoffbrückenbindungen in Cellulose durch Wasserstoffbrücken Akzeptoren auf.
1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat ([emim] [AC]): Diese ionische Flüssigkeit kann unter relativ milden Bedingungen hohe Cellulosekonzentrationen auflösen.
2. Aminoxidationsmittellösung
Aminoxidationsmittellösung wie eine gemischte Lösung von Diethylamin (DEA) und Kupferchlorid wird [Cu (II) -AMMONIUM-Lösung] bezeichnet, was ein starkes Lösungsmittelsystem ist, das Cellulose auflösen kann. Es zerstört die Kristallstruktur von Cellulose durch Oxidation und Wasserstoffbrückenbindung, wodurch die Molekülkette der Cellulose weicher und löslicher wird.
3. Lithiumchlorid-Dimethylacetamid (LICL-DMAC) -System
Das LICL-DMAC-System (Lithiumchlorid-Dimethylacetamid) ist eine der klassischen Methoden zum Auflösen von Cellulose. LICL kann eine Konkurrenz um Wasserstoffbrückenbindungen bilden, wodurch das Wasserstoffbrückenbindungsnetz zwischen Cellulosemolekülen zerstört wird, während DMAC als Lösungsmittel gut mit der Cellulosemolekülkette interagieren kann.
4. Salzsäure/Zinkchloridlösung
Die Salzsäure/Zink -Chlorid -Lösung ist ein früh entdecktes Reagenz, das Cellulose auflösen kann. Es kann Cellulose auflösen, indem es einen Koordinationseffekt zwischen Zinkchlorid und Cellulosemolekülketten bildet und Salzsäure die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Cellulosemolekülen zerstört. Diese Lösung ist jedoch sehr korrosiv für die Geräte und in praktischen Anwendungen begrenzt.
5. Fibrinolytische Enzyme
Fibrinolytische Enzyme (wie Cellulasen) lösen Cellulose durch katalysierte Zersetzung von Cellulose in kleinere Oligosaccharide und Monosaccharide. Diese Methode hat eine Vielzahl von Anwendungen in den Feldern der biologischen Abbau- und Biomasseumwandlung, obwohl sein Auflösungsprozess nicht vollständig chemische Auflösung ist, sondern durch Biokatalyse erreicht wird.
(3) Mechanismus der Zelluloseauflösung
Unterschiedliche Reagenzien haben unterschiedliche Mechanismen zur Auflösten von Cellulose, können jedoch im Allgemeinen zwei Hauptmechanismen zurückgeführt werden:
Zerstörung von Wasserstoffbrückenbindungen: Zerstörung der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Cellulosemolekülketten durch kompetitive Wasserstoffbrückenbildung oder ionische Wechselwirkung, wodurch sie löslich ist.
Molekulare Kettenrelaxation: Erhöhung der Weichheit von Cellulosemolekülketten und Verringerung der Kristallinität von molekularen Ketten durch physikalische oder chemische Mittel, damit sie in Lösungsmitteln gelöst werden können.
(4) Praktische Anwendungen der Zelluloseauflösung
Die Celluloseauflösung hat in vielen Bereichen wichtige Anwendungen:
Herstellung von Zellulosederivaten: Nach dem Auflösen von Cellulose kann sie chemisch modifiziert werden, um Celluloseether, Celluloseester und andere Derivate herzustellen, die in Lebensmitteln, Medizin, Beschichtungen und anderen Feldern weit verbreitet sind.
Materialien auf Zellulosebasis: Unter Verwendung von gelösten Cellulose können Cellulose-Nanofasern, Cellulosemembranen und andere Materialien hergestellt werden. Diese Materialien haben gute mechanische Eigenschaften und Biokompatibilität.
Biomasseergie: Durch das Auflösen und Abbau von Cellulose kann sie in fermentierbare Zucker für die Herstellung von Biokraftstoffen wie Bioethanol umgewandelt werden, was zur Erreichung der Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien beiträgt.
Celluloseauflösung ist ein komplexer Prozess, der mehrere chemische und physikalische Mechanismen umfasst. Ionische Flüssigkeiten, Amino-Oxidationsmittellösungen, LICL-DMAC-Systeme, Salzsäure/Zinkchloridlösungen und zellolytische Enzyme sind derzeit als wirksame Mittel zum Auflösen von Cellulose. Jeder Agent hat einen einzigartigen Auflösungsmechanismus und Anwendungsfeld. Mit der eingehenden Untersuchung des Celluloseauflösungsmechanismus wird angenommen, dass effizientere und umweltfreundlichere Auflösungsmethoden entwickelt werden, die mehr Möglichkeiten für die Nutzung und Entwicklung von Cellulose bieten.
Postzeit: Jul-09-2024