सेल्यूलोज को भंग करने वाला अभिकर्मक क्या है?

सेल्यूलोज एक जटिल पॉलीसेकेराइड है जो β-1,4-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड द्वारा जुड़ी कई ग्लूकोज इकाइयों से बना है। यह प्लांट सेल की दीवारों का मुख्य घटक है और प्लांट सेल की दीवारों को मजबूत संरचनात्मक समर्थन और क्रूरता देता है। लंबी सेल्यूलोज आणविक श्रृंखला और उच्च क्रिस्टलीयता के कारण, इसमें मजबूत स्थिरता और दिवालियापन है।

(1) सेल्यूलोज के गुण और भंग करने में कठिनाई

सेल्यूलोज में निम्नलिखित गुण होते हैं जो इसे भंग करना मुश्किल बनाते हैं:

उच्च क्रिस्टलीयता: सेल्यूलोज आणविक श्रृंखलाएं हाइड्रोजन बॉन्ड और वैन डेर वाल्स बलों के माध्यम से एक तंग जाली संरचना बनाते हैं।

बहुलकीकरण की उच्च डिग्री: सेल्यूलोज की पोलीमराइजेशन (यानी आणविक श्रृंखला की लंबाई) की डिग्री अधिक होती है, आमतौर पर सैकड़ों से हजारों ग्लूकोज इकाइयों तक होती है, जो अणु की स्थिरता को बढ़ाती है।

हाइड्रोजन बॉन्ड नेटवर्क: हाइड्रोजन बॉन्ड व्यापक रूप से सेलूलोज़ आणविक श्रृंखलाओं के बीच और भीतर मौजूद होते हैं, जिससे सामान्य सॉल्वैंट्स द्वारा नष्ट और भंग होना मुश्किल हो जाता है।

(२) सेल्यूलोज को भंग करने वाले अभिकर्मक

वर्तमान में, ज्ञात अभिकर्मक जो प्रभावी रूप से सेल्यूलोज को भंग कर सकते हैं, मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियां शामिल हैं:

1। आयनिक तरल पदार्थ

आयनिक तरल पदार्थ कार्बनिक उद्धरणों और कार्बनिक या अकार्बनिक आयनों से बना तरल पदार्थ हैं, आमतौर पर कम अस्थिरता, उच्च थर्मल स्थिरता और उच्च समायोजन के साथ। कुछ आयनिक तरल पदार्थ सेल्यूलोज को भंग कर सकते हैं, और मुख्य तंत्र सेल्यूलोज आणविक श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ने के लिए है। सेल्यूलोज को भंग करने वाले सामान्य आयनिक तरल पदार्थों में शामिल हैं:

1-ब्यूटाइल-3-मिथाइलिमिडाज़ोलियम क्लोराइड ([BMIM] सीएल): यह आयनिक तरल हाइड्रोजन बॉन्ड स्वीकारकर्ताओं के माध्यम से सेल्यूलोज में हाइड्रोजन बॉन्ड के साथ बातचीत करके सेल्यूलोज को भंग करता है।

1-एथिल-3-मिथाइलिमिडाजोलियम एसीटेट ([ईएमआईएम] [एसी]): यह आयनिक तरल अपेक्षाकृत हल्के परिस्थितियों में सेल्यूलोज की उच्च सांद्रता को भंग कर सकता है।

2। अमीन ऑक्सीडेंट समाधान
अमीन ऑक्सीडेंट समाधान जैसे कि डायथाइलमाइन (डीईए) और कॉपर क्लोराइड के मिश्रित समाधान को [Cu (II) -मोनियम समाधान] कहा जाता है, जो एक मजबूत विलायक प्रणाली है जो सेल्यूलोज को भंग कर सकती है। यह ऑक्सीकरण और हाइड्रोजन बॉन्डिंग के माध्यम से सेल्यूलोज की क्रिस्टल संरचना को नष्ट कर देता है, जिससे सेलूलोज़ आणविक श्रृंखला नरम और अधिक घुलनशील हो जाती है।

3। लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलसेटामाइड (LICL-DMAC) प्रणाली
LICL-DMAC (लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलसेटामाइड) सिस्टम सेल्यूलोज को भंग करने के लिए क्लासिक तरीकों में से एक है। LICL हाइड्रोजन बॉन्ड के लिए एक प्रतियोगिता बना सकता है, जिससे सेल्यूलोज अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड नेटवर्क को नष्ट कर दिया जाता है, जबकि एक विलायक के रूप में DMAC सेल्यूलोज आणविक श्रृंखला के साथ अच्छी तरह से बातचीत कर सकता है।

4। हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जस्ता क्लोराइड समाधान
हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जस्ता क्लोराइड समाधान एक प्रारंभिक खोजा अभिकर्मक है जो सेल्यूलोज को भंग कर सकता है। यह जस्ता क्लोराइड और सेल्यूलोज आणविक श्रृंखलाओं के बीच एक समन्वय प्रभाव बनाकर सेल्यूलोज को भंग कर सकता है, और सेल्यूलोज अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड को नष्ट करने वाले हाइड्रोक्लोरिक एसिड। हालांकि, यह समाधान उपकरणों के लिए अत्यधिक संक्षारक है और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में सीमित है।

5। फाइब्रिनोलिटिक एंजाइम
फाइब्रिनोलिटिक एंजाइम (जैसे सेल्युलस) सेल्यूलोज को छोटे ऑलिगोसैकेराइड और मोनोसैकेराइड में सेल्यूलोज के अपघटन को उत्प्रेरित करके सेल्यूलोज को भंग कर देते हैं। इस विधि में बायोडिग्रेडेशन और बायोमास रूपांतरण के क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, हालांकि इसकी विघटन प्रक्रिया पूरी तरह से रासायनिक विघटन नहीं है, लेकिन बायोकैटलिसिस के माध्यम से प्राप्त की जाती है।

(३) सेल्यूलोज विघटन का तंत्र

विभिन्न अभिकर्मकों में सेल्यूलोज को भंग करने के लिए अलग -अलग तंत्र होते हैं, लेकिन सामान्य तौर पर उन्हें दो मुख्य तंत्रों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है:
हाइड्रोजन बॉन्ड का विनाश: प्रतिस्पर्धी हाइड्रोजन बॉन्ड गठन या आयनिक बातचीत के माध्यम से सेल्यूलोज आणविक श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड को नष्ट करना, यह घुलनशील हो गया।
आणविक श्रृंखला विश्राम: सेलूलोज़ आणविक श्रृंखलाओं की कोमलता को बढ़ाना और भौतिक या रासायनिक साधनों के माध्यम से आणविक श्रृंखलाओं के क्रिस्टलीयता को कम करना, ताकि उन्हें सॉल्वैंट्स में भंग किया जा सके।

(4) सेल्यूलोज विघटन के व्यावहारिक अनुप्रयोग

सेल्यूलोज विघटन के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं:
सेल्यूलोज डेरिवेटिव की तैयारी: सेल्यूलोज को भंग करने के बाद, इसे सेल्यूलोज इथर, सेलूलोज़ एस्टर और अन्य डेरिवेटिव तैयार करने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया जा सकता है, जो व्यापक रूप से भोजन, दवा, कोटिंग्स और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं।
सेल्यूलोज-आधारित सामग्री: भंग सेल्यूलोज, सेल्यूलोज नैनोफिबर्स, सेल्यूलोज झिल्ली और अन्य सामग्रियों का उपयोग करके तैयार किया जा सकता है। इन सामग्रियों में अच्छे यांत्रिक गुण और जैव -रासायनिकता है।
बायोमास एनर्जी: सेल्यूलोज को भंग और अपमानित करके, इसे बायोफ्यूएल जैसे बायोएथेनॉल के उत्पादन के लिए किण्वित शर्करा में परिवर्तित किया जा सकता है, जो नवीकरणीय ऊर्जा के विकास और उपयोग को प्राप्त करने में मदद करता है।

सेल्यूलोज विघटन एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई रासायनिक और भौतिक तंत्र शामिल हैं। आयनिक तरल पदार्थ, अमीनो ऑक्सीडेंट सॉल्यूशंस, LICL-DMAC सिस्टम, हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जस्ता क्लोराइड समाधान और सेलोलिटिक एंजाइम वर्तमान में सेल्यूलोज को भंग करने के लिए प्रभावी एजेंटों के रूप में जाने जाते हैं। प्रत्येक एजेंट का अपना अद्वितीय विघटन तंत्र और अनुप्रयोग क्षेत्र है। सेल्यूलोज विघटन तंत्र के गहन अध्ययन के साथ, यह माना जाता है कि अधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल विघटन विधियों को विकसित किया जाएगा, जो सेल्यूलोज के उपयोग और विकास के लिए अधिक संभावनाएं प्रदान करता है।