Целлюлоза β-1,4-гликозиддик байланыштар менен байланышкан көптөгөн глюкоза бирдиктеринен турган татаал полисахарид. Ал өсүмдүк клеткасынын дубалдарынын негизги компоненти болуп саналат жана өсүмдүк клеткасынын дубалдарына күчтүү структуралык колдоону жана катуулукту берет. Узун целлюлоза молекулярдык чынжырына жана жогорку кристаллдуулугуна байланыштуу, ал күчтүү туруктуулукка жана эрибестикке ээ.
(1) Целлюлозанын касиеттери жана эрүү кыйынчылыгы
Целлюлоза эритүүнү кыйындаткан төмөнкү касиеттерге ээ:
Жогорку кристаллдуулук: целлюлозанын молекулярдык чынжырлары суутек байланыштары жана Ван дер Ваальс күчтөрү аркылуу тыгыз тор түзүлүшүн түзөт.
Полимеризациянын жогорку даражасы: Целлюлозанын полимерлөө даражасы (б.а. молекулярдык чынжырдын узундугу) жогору, адатта жүздөгөн глюкоза бирдигинен миңдеген глюкоза бирдигине чейин жетет, бул молекуланын туруктуулугун жогорулатат.
Суутек байланыш тармагы: Суутек байланыштары целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосунда жана ичинде кеңири кездешет, бул жалпы эриткичтер тарабынан жок кылынууну жана эритүүнү кыйындатат.
(2) Целлюлозаны эритүүчү реагенттер
Азыркы учурда, целлюлозаны эффективдүү эрите турган белгилүү реагенттерге, негизинен, төмөнкү категориялар кирет:
1. Иондук суюктуктар
Иондук суюктуктар – бул органикалык катиондордон жана органикалык же органикалык эмес аниондордон турган суюктуктар, адатта аз учуучулугу, жогорку жылуулук туруктуулугу жана жогорку жөнгө салынышы бар. Кээ бир иондук суюктуктар целлюлозаны эрите алат жана негизги механизми целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосундагы суутек байланыштарын бузуу болуп саналат. Целлюлозаны эритүүчү жалпы иондук суюктуктарга төмөнкүлөр кирет:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM] Cl): Бул иондук суюктук суутек байланыш акцепторлор аркылуу целлюлоза суутек байланыштары менен өз ара аракеттенүү аркылуу целлюлоза эритет.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Бул иондук суюктук салыштырмалуу жумшак шарттарда целлюлозанын жогорку концентрациясын эрите алат.
2. Амин оксидант эритмеси
Диетиламиндин (DEA) жана жез хлоридинин аралаш эритмеси сыяктуу аминокислотантуу эритмеси [Cu(II)-аммоний эритмеси] деп аталат, ал целлюлозаны эрите турган күчтүү эриткич система болуп саналат. Ал кычкылдануу жана суутек байланышы аркылуу целлюлозанын кристаллдык түзүлүшүн бузуп, целлюлозанын молекулярдык чынжырын жумшак жана эригич кылат.
3. Литий хлорид-диметилацетамид (LiCl-DMAc) системасы
LiCl-DMAc (литий хлорид-диметилацетамид) системасы целлюлозаны эритүү үчүн классикалык ыкмалардын бири болуп саналат. LiCl суутек байланыштары үчүн атаандаштыкты түзө алат, ошону менен целлюлозанын молекулаларынын ортосундагы суутек байланыш тармагын жок кылат, ал эми эриткич катары DMAc целлюлозанын молекулярдык чынжыры менен жакшы аракеттене алат.
4. Туз кислотасы/цинк хлоридинин эритмеси
Туз кислотасы/цинк хлоридинин эритмеси целлюлозаны эрите турган эрте ачылган реагент болуп саналат. Ал целлюлозаны цинк хлориди менен целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосунда координациялоочу эффект түзүп, туз кислотасы целлюлоза молекулаларынын ортосундагы суутек байланыштарын бузуп эритет. Бирок, бул чечим жабдуулар үчүн өтө дат болуп саналат жана практикалык колдонууда чектелген.
5. Фибринолиздик ферменттер
Фибринолиттик ферменттер (мисалы, целлюлозалар) целлюлозанын майда олигосахариддерге жана моносахариддерге ыдырашын катализдөө аркылуу целлюлозаны эритет. Бул ыкма биодеградация жана биомассаны конверсиялоо тармагында кеңири колдонууга ээ, бирок анын эрүү процесси толугу менен химиялык эрүү эмес, биокатализ аркылуу ишке ашат.
(3) Целлюлозанын эрүү механизми
Ар кандай реагенттер целлюлозаны эритүү үчүн ар кандай механизмдерге ээ, бирок жалпысынан алар эки негизги механизмге таандык болушу мүмкүн:
Суутек байланыштарынын бузулушу: целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосундагы суутек байланыштарын атаандаш суутек байланышын түзүү же иондук өз ара аракеттенүү аркылуу жок кылуу, аны эрүүчү кылуу.
Молекулярдык чынжырдын релаксациясы: целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын жумшактыгын жогорулатуу жана молекулалык чынжырлардын кристаллдуулугун физикалык же химиялык жол менен азайтуу, ошондуктан алар эриткичтерде эрийт.
(4) Целлюлозаны эритүүнүн практикалык колдонмолору
Целлюлоза эритүү көптөгөн тармактарда маанилүү колдонмолорго ээ:
Целлюлозанын туундуларын даярдоо: Целлюлозаны эриткенден кийин, аны андан ары химиялык жактан өзгөртүп, тамак-аш, медицина, каптоо жана башка тармактарда кеңири колдонулган целлюлоза эфирлерин, целлюлоза эфирлерин жана башка туундуларды даярдоого болот.
Целлюлозанын негизиндеги материалдар: Эриген целлюлоза, целлюлоза нанобулаларын, целлюлоза мембраналарын жана башка материалдарды колдонуу менен даярдаса болот. Бул материалдар жакшы механикалык касиеттерге жана биологиялык шайкештикке ээ.
Биомасса энергиясы: Целлюлозаны эритүү жана деградациялоо менен, ал кайра жаралуучу энергияны өнүктүрүүгө жана пайдаланууга жетишүүгө жардам берген биоэтанол сыяктуу биоотундарды өндүрүү үчүн ачылуучу канттарга айландырылат.
Целлюлоза эритүү бир нече химиялык жана физикалык механизмдерди камтыган татаал процесс. Иондук суюктуктар, аминооксидант эритмелери, LiCl-DMAc системалары, туз кислотасы/цинк хлориди эритмелери жана целлолиттик ферменттер учурда целлюлозаны эритүү үчүн эффективдүү агенттер экени белгилүү. Ар бир агент өзүнүн уникалдуу эритүү механизмине жана колдонуу талаасына ээ. Целлюлозаны эритүү механизмин терең изилдөө менен целлюлозаны колдонуу жана өнүктүрүү үчүн көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү камсыз кылуу менен натыйжалуу жана экологиялык жактан таза эритүү ыкмалары иштелип чыгат деп ишенишет.
Посттун убактысы: 09-09-2024