Sellulósi er flókið fjölsykra sem samanstendur af mörgum glúkósaeiningum tengdum með β-1,4-glýkósíðtengjum. Það er aðalhluti plöntufrumuveggja og gefur plöntufrumuveggjum sterkan burðarvirki og hörku. Vegna langrar sameindakeðju sellulósa og mikils kristöllunar hefur það sterkan stöðugleika og óleysni.
(1) Eiginleikar sellulósa og erfiðleikar við að leysast upp
Sellulósi hefur eftirfarandi eiginleika sem gera það erfitt að leysa upp:
Hár kristöllun: Sellulósa sameindakeðjurnar mynda þétta grindarbyggingu í gegnum vetnistengi og van der Waals krafta.
Há fjölliðunarstig: Fjölliðunarstig (þ.e. lengd sameindakeðjunnar) sellulósa er hátt, venjulega á bilinu hundruðum til þúsunda glúkósaeininga, sem eykur stöðugleika sameindarinnar.
Vetnistengikerfi: Vetnistengi eru víða til staðar milli og innan sellulósasameindakeðja, sem gerir það erfitt að eyða og leysa upp með almennum leysum.
(2) Hvarfefni sem leysa upp sellulósa
Eins og er eru þekkt hvarfefni sem geta leyst upp sellulósa á áhrifaríkan hátt innihalda eftirfarandi flokka:
1. Jónískir vökvar
Jónískir vökvar eru vökvar sem samanstanda af lífrænum katjónum og lífrænum eða ólífrænum anjónum, venjulega með litla rokgjarnleika, mikla hitastöðugleika og mikla stillanleika. Sumir jónískir vökvar geta leyst upp sellulósa og aðalaðferðin er að rjúfa vetnistengin milli sameindakeðja sellulósa. Algengar jónískir vökvar sem leysa upp sellulósa eru:
1-bútýl-3-metýlímídasólíumklóríð ([BMIM]Cl): Þessi jónandi vökvi leysir upp sellulósa með því að hafa samskipti við vetnistengi í sellulósa í gegnum vetnistengiviðtaka.
1-etýl-3-metýlímídasólíum asetat ([EMIM][Ac]): Þessi jónandi vökvi getur leyst upp háan styrk sellulósa við tiltölulega vægar aðstæður.
2. Amínoxunarlausn
Amínoxunarlausn eins og blönduð lausn af díetýlamíni (DEA) og koparklóríði er kölluð [Cu(II)-ammoníumlausn], sem er sterkt leysikerfi sem getur leyst upp sellulósa. Það eyðileggur kristalbyggingu sellulósa með oxun og vetnisbindingu, sem gerir sameindakeðju sellulósa mýkri og leysanlegri.
3. Litíumklóríð-dímetýlasetamíð (LiCl-DMAc) kerfi
LiCl-DMAc (litíumklóríð-dímetýlasetamíð) kerfið er ein af klassísku aðferðunum til að leysa upp sellulósa. LiCl getur myndað keppni um vetnistengi og eyðilagt þar með vetnistengikerfi milli sellulósasameinda á meðan DMAc sem leysir getur haft góð samskipti við sellulósasameindakeðjuna.
4. Saltsýra/sinkklóríðlausn
Saltsýru/sinkklóríðlausnin er snemma uppgötvað hvarfefni sem getur leyst upp sellulósa. Það getur leyst upp sellulósa með því að mynda samhæfingaráhrif milli sinkklóríðs og sellulósa sameindakeðja, og saltsýra eyðileggur vetnistengi milli sellulósasameinda. Hins vegar er þessi lausn mjög ætandi fyrir búnað og er takmörkuð í hagnýtri notkun.
5. Fibrinolytic ensím
Fibrinolytic ensím (eins og frumu) leysa upp sellulósa með því að hvetja niðurbrot sellulósa í smærri fásykrur og einsykrur. Þessi aðferð hefur margs konar notkun á sviði niðurbrots og lífmassabreytingar, þó að upplausnarferli hennar sé ekki algjörlega efnafræðileg upplausn, heldur er hún náð með lífhvata.
(3) Verkunarháttur sellulósaupplausnar
Mismunandi hvarfefni hafa mismunandi leiðir til að leysa upp sellulósa, en almennt má rekja þá til tveggja meginaðferða:
Eyðing vetnistengja: Eyðileggja vetnistengina milli sameindakeðja sellulósa með samkeppnishæfni vetnistengimyndun eða jónavíxlverkun, sem gerir það leysanlegt.
Slökun sameindakeðja: Auka mýkt sellulósa sameindakeðja og draga úr kristöllun sameindakeðja með eðlisfræðilegum eða efnafræðilegum hætti, þannig að hægt sé að leysa þær upp í leysiefnum.
(4) Hagnýt notkun sellulósaupplausnar
Sellulósaupplausn hefur mikilvæg notkun á mörgum sviðum:
Undirbúningur sellulósaafleiða: Eftir að sellulósa hefur verið leyst upp er hægt að breyta því frekar efnafræðilega til að útbúa sellulósaeter, sellulósaestera og aðrar afleiður, sem eru mikið notaðar í matvælum, lyfjum, húðun og öðrum sviðum.
Sellulósa-undirstaða efni: Með því að nota uppleysta sellulósa, er hægt að útbúa sellulósa nanófrefjar, sellulósahimnur og önnur efni. Þessi efni hafa góða vélræna eiginleika og lífsamrýmanleika.
Lífmassaorka: Með því að leysa upp og brjóta niður sellulósa er hægt að breyta honum í gerjanlegar sykur til framleiðslu á lífeldsneyti eins og lífetanóli sem hjálpar til við að ná fram þróun og nýtingu endurnýjanlegrar orku.
Upplausn sellulósa er flókið ferli sem tekur til margra efna- og eðlisfræðilegra aðferða. Jónískir vökvar, amínóoxunarlausnir, LiCl-DMAc kerfi, saltsýru/sinkklóríðlausnir og sellólýsandi ensím eru nú þekkt fyrir að vera áhrifarík efni til að leysa upp sellulósa. Hver umboðsmaður hefur sinn einstaka upplausnarbúnað og notkunarsvið. Með ítarlegri rannsókn á upplausnarkerfi sellulósa er talið að þróaðar verði skilvirkari og umhverfisvænni upplausnaraðferðir sem gefa meiri möguleika á nýtingu og þróun sellulósa.
Pósttími: Júl-09-2024