Selluloosa on monimutkainen polysakkaridi, joka koostuu monista glukoosiyksiköistä, jotka on kytketty β-1,4-glykosidisidoksilla. Se on kasvisolujen seinämien pääkomponentti ja antaa kasvisolujen seinämille voimakkaan rakenteellisen tuen ja sitkeyden. Pitkän selluloosan molekyyliketjun ja korkean kiteisyyden vuoksi sillä on vahva stabiilisuus ja vakuuttavuus.
(1) Selluloosan ominaisuudet ja liuenneen vaikeudet
Selluloosalla on seuraavat ominaisuudet, jotka vaikeuttavat liuottamista:
Korkea kiteisyys: Selluloosan molekyyliketjut muodostavat tiukan hilarakenteen vety sidosten ja van der waals -voimien kautta.
Korkea polymerointiaste: Selluloosan polymeroinnin aste (ts. Molekyyliketjun pituus) on korkea, yleensä sadoista tuhansiin glukoosiyksiköihin, mikä lisää molekyylin stabiilisuutta.
Vety sidosverkko: vety sidoksia on laajalti läsnä selluloosa -molekyyliketjujen välillä ja niiden sisällä ja niiden sisällä, mikä vaikeuttaa yleisten liuottimien tuhoamista ja liuottamista.
(2) Reagenssit, jotka liukenevat selluloosaa
Tällä hetkellä tunnetut reagenssit, jotka voivat tehokkaasti liuottaa selluloosaa, sisältävät pääasiassa seuraavat luokat:
1. Ioniset nesteet
Ioniset nesteet ovat nesteitä, jotka koostuvat orgaanisista kationeista ja orgaanisista tai epäorgaanisista anioneista, yleensä pienellä volatiliteetilla, korkealla lämmön stabiilisuudella ja korkealla säädettävyydellä. Jotkut ioniset nesteet voivat liuottaa selluloosaa, ja päämekanismi on rikkoa vety sidokset selluloosan molekyyliketjujen välillä. Yleisiä ionisia nesteitä, jotka liuottavat selluloosan, ovat:
1-butyyli-3-metyyli-imidatsoliumkloridi ([BMIM] CL): Tämä ioninen neste liuottaa selluloosan vuorovaikutuksessa vety sidosten kanssa selluloosassa vety sidos-akselien kautta.
1-etyyli-3-metyyli-imidatsoliumasetaatti ([EMIM] [AC]): Tämä ioninen neste voi liuottaa suuria selluloosan pitoisuuksia suhteellisen lievissä olosuhteissa.
2. amiini -hapettiliuos
Amiinioksidanttiliuosta, kuten dietyyliamiinin (DEA) ja kuparikloridin sekoitettua liuosta, kutsutaan [Cu (II) -Mammonium liuokseksi], joka on vahva liuotinjärjestelmä, joka voi liuottaa selluloosaa. Se tuhoaa selluloosan kiderakenteen hapettumisen ja vedyn sidoksen avulla, mikä tekee selluloosa -molekyyliketjusta pehmeämmän ja liukenevan.
3. Litiumklorididimetyyliasetamidi (LICL-DMAC) -järjestelmä
LICL-DMAC (litiumklorididimetyyliasetamidi) -järjestelmä on yksi klassisista menetelmistä selluloosan liuottamiseen. LICL voi muodostaa kilpailun vety sidoksille, tuhoamalla siten vety sidosverkon selluloosamolekyylien välillä, kun taas DMAC liuottimena voi olla vuorovaikutuksessa selluloosamolekyyliketjun kanssa.
4. suolahappo/sinkkikloridiliuos
Tyyppihappo/sinkkikloridiliuos on varhaisessa vaiheessa löydetty reagenssi, joka voi liuottaa selluloosaa. Se voi liuottaa selluloosaa muodostamalla koordinaatiovaikutus sinkkikloridin ja selluloosan molekyyliketjujen ja suolahapon ja selluloosamolekyylien välillä tuhoamalla suolahapon ja suolahapon välillä. Tämä ratkaisu on kuitenkin erittäin syövyttävä laitteille ja on rajoitettu käytännöllisissä sovelluksissa.
5. fibrinolyyttiset entsyymit
Fibrinolyyttiset entsyymit (kuten sellulaasit) liuottavat selluloosan katalysoimalla selluloosan hajoamista pienempiin oligosakkarideihin ja monosakkarideihin. Tällä menetelmällä on laaja valikoima sovelluksia biohajoamisen ja biomassan muuntamisen aloilla, vaikka sen liukenemisprosessi ei ole täysin kemiallinen liukeneminen, vaan se saavutetaan biokatalyysillä.
(3) Selluloosan liukenemismekanismi
Eri reagensseilla on erilaisia mekanismeja selluloosan liuottamiseen, mutta yleensä ne voidaan katsoa johtuvan kahdesta päämekanismista:
Vety sidosten tuhoaminen: Vety sidosten tuhoaminen selluloosan molekyyliketjujen välillä kilpailukykyisen vety sidosmuodostumisen tai ionisen vuorovaikutuksen avulla, mikä tekee siitä liukoisen.
Molekyyliketjun relaksaatio: Selluloosan molekyyliketjujen pehmeyden lisääminen ja molekyyliketjujen kiteisyyden vähentäminen fysikaalisilla tai kemiallisilla keinoilla, jotta ne voidaan liuottaa liuottimiin.
(4) Selluloosan liukenemisen käytännölliset sovellukset
Selluloosan liukenemisella on tärkeitä sovelluksia monilla aloilla:
Selluloosajohdannaisten valmistus: Selluloosan liuottamisen jälkeen sitä voidaan edelleen modifioida kemiallisesti selluloosan eetterien, selluloosaesterien ja muiden johdannaisten valmistelemiseksi, joita käytetään laajasti ruoassa, lääketieteessä, pinnoitteissa ja muissa aloilla.
Selluloosapohjaiset materiaalit: liuenneen selluloosan, selluloosan nanokuitujen, selluloosakalvojen ja muiden materiaalien avulla voidaan valmistaa. Näillä materiaaleilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja biologinen yhteensopivuus.
Biomassanergia: liuottamalla ja hajottamalla selluloosa voidaan muuttaa käymisokereiksi biopolttoaineiden, kuten bioetanolin, tuottamiseksi, mikä auttaa saavuttamaan uusiutuvan energian kehittämisen ja hyödyntämisen.
Selluloosan liukeneminen on monimutkainen prosessi, joka sisältää useita kemiallisia ja fysikaalisia mekanismeja. Ionisten nesteiden, aminohappahapon/sinkkikloridiliuoksen ja sellolyyttisten entsyymien tiedetään olevan tehokkaita aineita selluloosan liuottamiseen. Jokaisella aineella on oma ainutlaatuinen liukenemismekanismi ja sovelluskenttä. Selluloosan liukenemismekanismin perusteellisessa tutkimuksessa kehitetään tehokkaampia ja ympäristöystävällisempiä liukenemismenetelmiä, mikä tarjoaa enemmän mahdollisuuksia selluloosan hyödyntämiselle ja kehittämiselle.
Viestin aika: heinäkuu-09-2024