A cellulóz egy komplex poliszacharid, amely sok olyan glükóz egységből áll, amelyet β-1,4-glikozidkötések kötnek össze. Ez a növényi sejtfalak fő alkotóeleme, és erős szerkezeti támasztékot és keménységet biztosít a növényi sejtfalaknak. A hosszú cellulóz molekuláris lánc és a magas kristályosság miatt erős stabilitása és oldottsága van.
(1) A cellulóz tulajdonságai és az oldódás nehézségei
A cellulóznak a következő tulajdonságai vannak, amelyek megnehezítik a feloldódást:
Magas kristályosság: A cellulóz molekuláris láncok szűk rácsszerkezetet képeznek a hidrogénkötések és a Van der Waals erők révén.
Nagyfokú polimerizáció: A cellulóz polimerizációjának (azaz a molekuláris lánc hossza) magas, általában száz és több ezer glükózegység között, ami növeli a molekula stabilitását.
Hidrogénkötés -hálózat: A hidrogénkötések széles körben vannak jelen a cellulóz molekuláris láncok között és belül, megnehezítve az általános oldószerek általi megsemmisülést és feloldódást.
(2) A cellulózt feloldó reagensek
Jelenleg az ismert reagensek, amelyek hatékonyan feloldják a cellulózt, elsősorban a következő kategóriákat tartalmazzák:
1. Ionos folyadékok
Az ionos folyadékok olyan folyadékok, amelyek szerves kationokból és szerves vagy szervetlen anionokból állnak, általában alacsony volatilitással, nagy hőstabilitással és magas beállíthatósággal. Egyes ionos folyadékok feloldhatják a cellulózt, és a fő mechanizmus a cellulóz molekuláris láncok közötti hidrogénkötések megszakítása. A cellulózt feloldó gyakori ionos folyadékok a következők:
1-butil-3-metil-imidazolium-klorid ([BMIM] CL): Ez az ionos folyadék feloldódik a cellulózon azáltal, hogy a hidrogénkötés-elfogadókon keresztül kölcsönhatásba lép a cellulóz hidrogénkötésekkel.
1-etil-3-metil-imidazolium-acetát ([emim] [AC]): Ez az ionos folyadék viszonylag enyhe körülmények között feloldhatja a cellulóz magas koncentrációját.
2. Amin -oxidáns oldat
Az amin-oxidáns oldatot, például a dietil-amin (DEA) és a réz-klorid vegyes oldatát [Cu (II) -mamónium oldat] -nak nevezzük, amely egy erős oldószerrendszer, amely feloldhatja a cellulózt. Elpusztítja a cellulóz kristályszerkezetét oxidáció és hidrogénkötés révén, így a cellulóz molekuláris lánca lágyabb és oldódóbb.
3. lítium-klorid-dimetil-acetamid (LICL-DMAC) rendszer
A LICL-DMAC (lítium-klorid-dimetil-acetamid) rendszer az egyik klasszikus módszer a cellulóz feloldására. A LICL versenyt képezhet a hidrogénkötésekért, ezáltal megsemmisítve a cellulózmolekulák hidrogénkötési hálózatát, míg a DMAC mint oldószer jól kölcsönhatásba léphet a cellulóz molekuláris láncával.
4. sósav/cink -klorid -oldat
A sósav/cink -klorid -oldat egy korai felfedezett reagens, amely feloldhatja a cellulózt. Ez feloldhatja a cellulózt azáltal, hogy koordinációs hatást képez a cink -klorid és a cellulóz molekuláris láncok között, és a sósav megsemmisíti a cellulóz molekulák közötti hidrogénkötéseket. Ez a megoldás azonban nagyon korrozív a berendezésekre, és a gyakorlati alkalmazásokban korlátozott.
5. fibrinolitikus enzimek
A fibrinolitikus enzimek (például cellulázok) oldják a cellulózt azáltal, hogy katalizálják a cellulóz bomlását kisebb oligoszacharidokba és monoszacharidokká. Ennek a módszernek a biológiailag lebontás és a biomassza -átalakítás területén széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, bár annak oldódási folyamata nem teljesen kémiai feloldódás, hanem biokatalízissel érhető el.
(3) A cellulóz feloldódásának mechanizmusa
A különböző reagensek különböző mechanizmusokkal rendelkeznek a cellulóz feloldására, de általában két fő mechanizmusnak tulajdoníthatók:
A hidrogénkötések megsemmisítése: A cellulóz molekuláris láncok közötti hidrogénkötések megsemmisítése versenyképes hidrogénkötés képződése vagy ionos kölcsönhatás révén, így oldódik.
Molekuláris lánc relaxáció: A cellulóz molekuláris láncok lágyságának növelése és a molekuláris láncok kristályosságának csökkentése fizikai vagy kémiai eszközökön keresztül, hogy oldódjanak oldószerekben.
(4) A cellulóz oldódásának gyakorlati alkalmazása
A cellulóz oldódásának számos területen fontos alkalmazása van:
Cellulóz -származékok előállítása: A cellulóz feloldása után tovább módosítható a cellulóz -éterek, a cellulóz -észterek és más származékok előkészítéséhez, amelyeket széles körben használnak az élelmiszerekben, a gyógyszerekben, a bevonatokban és más mezőkben.
Cellulóz-alapú anyagok: Feltesített cellulóz, cellulóz nanoszálak, cellulózmembránok és egyéb anyagok felhasználása előállítható. Ezeknek az anyagoknak jó mechanikai tulajdonságai és biokompatibilitása van.
Biomassza energia: A cellulóz feloldásával és lebontásával átalakítható fermentálható cukrokká olyan bioüzemanyagok, például bioetanol előállításához, ami elősegíti a megújuló energia fejlesztésének és felhasználásának elérését.
A cellulóz oldódása egy komplex folyamat, amely több kémiai és fizikai mechanizmust foglal magában. Ionos folyadékok, amino-oxidáló oldatok, LICL-DMAC rendszerek, sósav/cink-klorid-oldatok és cellolitikus enzimek jelenleg ismertek, hogy hatékonyak a cellulóz feloldására. Mindegyik ügynöknek megvan a saját egyedi oldási mechanizmusa és alkalmazás mezője. A cellulóz oldódási mechanizmusának mélyreható tanulmányozásával úgy gondolják, hogy hatékonyabb és környezetbarát oldódási módszereket fognak kidolgozni, ezáltal több lehetőséget biztosítva a cellulóz felhasználására és fejlesztésére.
A postai idő: július-09-2024