Cellulose is in kompleks polysaccharide gearstald út in protte glukoaze-ienheden ferbûn troch β-1,4-glycosidic obligaasjes. It is de wichtichste komponint fan plant sel muorren en jout plant sel muorren sterke strukturele stipe en hurdens. Troch de lange molekulêre keten fan cellulose en hege kristalliniteit hat it sterke stabiliteit en ûnoplosberens.
(1) Eigenskippen fan cellulose en muoite by it oplossen
Cellulose hat de folgjende eigenskippen dy't it dreech meitsje om op te lossen:
Hege kristalliniteit: De molekulêre keatlingen fan cellulose foarmje in strakke roosterstruktuer troch wetterstofbânen en van der Waals-krêften.
Hege graad fan polymerisaasje: De graad fan polymerisaasje (dus de lingte fan 'e molekulêre keten) fan cellulose is heech, meastentiids fariearjend fan hûnderten oant tûzenen glukoaze-ienheden, wat de stabiliteit fan 'e molekule fergruttet.
Wetterstofbondnetwurk: Wetterstofbondingen binne breed oanwêzich tusken en binnen cellulose molekulêre keatlingen, wêrtroch it lestich is om te ferneatigjen en te ûntbinen troch algemiene solvents.
(2) Reagents dy't oplosse cellulose
Op it stuit omfetsje de bekende reagentia dy't cellulose effektyf kinne oplosse benammen de folgjende kategoryen:
1. Ionyske Liquids
Ionyske floeistoffen binne floeistoffen gearstald út organyske kationen en organyske as anorganyske anionen, meastentiids mei lege volatiliteit, hege thermyske stabiliteit en hege oanpasberens. Guon ionyske floeistoffen kinne cellulose oplosse, en it wichtichste meganisme is om de wetterstofbindingen tusken molekulêre keatlingen fan cellulose te brekken. Algemiene ionyske floeistoffen dy't cellulose oplosse omfetsje:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM] Cl): Dizze ionyske floeistof lost cellulose op troch ynteraksje mei wetterstofbindingen yn cellulose fia wetterstofbân-acceptors.
1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat ([EMIM][Ac]): Dizze ionyske floeistof kin hege konsintraasjes fan cellulose ûnder relatyf mylde omstannichheden oplosse.
2. Amine oxidant oplossing
Amine-oksidant-oplossing lykas in mingde oplossing fan diethylamine (DEA) en koperchloride hjit [Cu(II)-ammonium-oplossing], dat is in sterk solventsysteem dat cellulose kin oplosse. It ferneatiget de kristalstruktuer fan cellulose troch oksidaasje en wetterstofbinding, wêrtroch de molekulêre keten fan cellulose sêfter en oplosberer wurdt.
3. Lithium chloride-dimethylacetamide (LiCl-DMAc) systeem
It LiCl-DMAc (lithiumchloride-dimethylacetamide) systeem is ien fan 'e klassike metoaden foar it oplossen fan cellulose. LiCl kin foarmje in kompetysje foar wetterstof obligaasjes, dêrmei ferneatigje de wetterstof bond netwurk tusken cellulose molekulen, wylst DMAc as solvent kin ynteraksje goed mei de cellulose molekulêre keten.
4. Hydrochloric acid / sink chloride oplossing
De oplossing fan hydrochloric acid / sinkchloride is in betiid ûntdutsen reagens dat cellulose kin oplosse. It kin cellulose oplosse troch it foarmjen fan in koördinaasje-effekt tusken sinkchloride en cellulose molekulêre keatlingen, en hydrochloric acid ferneatiget de wetterstofbindingen tusken cellulosemolekulen. Dizze oplossing is lykwols heul korrosyf foar apparatuer en is beheind yn praktyske tapassingen.
5. Fibrinolytyske enzymen
Fibrinolytyske enzymen (lykas cellulases) oplosse cellulose troch it katalysearjen fan de ûntbining fan cellulose yn lytsere oligosaccharides en monosaccharides. Dizze metoade hat in breed oanbod fan tapassingen op it mêd fan biodegradaasje en biomassa-konverzje, hoewol it ûntbiningsproses net folslein gemyske ûntbining is, mar wurdt berikt troch biokatalyse.
(3) Mechanisme fan cellulose ûntbining
Ferskillende reagenzjes hawwe ferskillende meganismen foar it oplossen fan cellulose, mar yn 't algemien kinne se wurde taskreaun oan twa haadmeganismen:
Ferneatiging fan wetterstofbânen: Ferneatigjen fan de wetterstofbânen tusken molekulêre keatlingen fan cellulose troch kompetitive wetterstofbânfoarming of ionyske ynteraksje, wêrtroch it oplosber is.
Molekulêre ketenrelaksje: It fergrutsjen fan de sêftens fan cellulose molekulêre keatlingen en it ferminderjen fan de kristalliniteit fan molekulêre keatlingen troch fysike of gemyske middels, sadat se kinne wurde oplost yn oplosmiddels.
(4) Praktyske tapassingen fan cellulose ûntbining
Oplossing fan cellulose hat wichtige tapassingen op in protte fjilden:
Tarieding fan cellulose-derivaten: Nei it oplossen fan cellulose, kin it fierder gemysk wizige wurde om cellulose-ethers, cellulose-esters en oare derivaten te meitsjen, dy't in protte brûkt wurde yn iten, medisinen, coatings en oare fjilden.
Cellulose-basearre materialen: Mei help fan oplost cellulose, cellulose nanofibers, cellulose membranen en oare materialen kinne wurde taret. Dizze materialen hawwe goede meganyske eigenskippen en biokompatibiliteit.
Biomassa-enerzjy: Troch it oplossen en degradearjen fan cellulose kin it omset wurde yn fermentable sûkers foar de produksje fan biobrânstoffen lykas bioethanol, wat helpt by it berikken fan de ûntwikkeling en it brûken fan duorsume enerzjy.
Cellulose-oplossing is in kompleks proses mei meardere gemyske en fysike meganismen. Ionyske floeistoffen, amino-oksidant-oplossingen, LiCl-DMAc-systemen, oplossings fan hydrochloric acid / sinkchloride en cellolytyske enzymen binne op it stuit bekend as effektive aginten foar it oplossen fan cellulose. Elke agint hat syn eigen unike ûntbiningmeganisme en tapassingsfjild. Mei de yngeande stúdzje fan it cellulose-oplossingsmeganisme wurdt leaud dat effisjintere en miljeufreonlike oplossingsmetoaden sille wurde ûntwikkele, wat mear mooglikheden foar it brûken en ûntwikkeljen fan cellulose biedt.
Post tiid: Jul-09-2024