Cellulose ass e komplexe Polysaccharid besteet aus ville Glukoseenheeten verbonne mat β-1,4-glycosidic Bindungen. Et ass den Haaptkomponent vu Planzenzellmaueren a gëtt Planzenzellmaueren staark strukturell Ënnerstëtzung an Zähegkeet. Wéinst der laanger Zellulosemolekularekette an der héijer Kristallinitéit huet et staark Stabilitéit an Onléisbarkeet.
(1) Eegeschafte vu Cellulose a Schwieregkeete bei der Opléisung
Cellulose huet déi folgend Eegeschaften, déi et schwéier maachen ze léisen:
Héich Kristallinitéit: D'Zellulosemolekulare Ketten bilden eng enk Gitterstruktur duerch Waasserstoffbindungen a Van der Waals Kräften.
Héich Polymeriséierungsgrad: De Grad vun der Polymeriséierung (dh d'Längt vun der molekulare Kette) vun der Cellulose ass héich, normalerweis rangéiert vun Honnerte bis Dausende vu Glukoseenheeten, wat d'Stabilitéit vun der Molekül erhéicht.
Waasserstoffbindungsnetz: Waasserstoffbindunge si wäit präsent tëscht a bannent Zellulosemolekulare Ketten, wat et schwéier mécht duerch allgemeng Léisungsmëttel zerstéiert an opgeléist ze ginn.
(2) Reagenser déi Zellulose opléisen
De Moment sinn déi bekannte Reagenser déi Zellulose effektiv kënnen opléisen haaptsächlech déi folgend Kategorien:
1. Ionic Flëssegkeeten
Ionesch Flëssegkeete si Flëssegkeete besteet aus organeschen Kationen an organeschen oder anorganeschen Anionen, normalerweis mat gerénger Volatilitéit, héijer thermescher Stabilitéit an héijer Upassbarkeet. E puer ionesch Flëssegkeete kënnen d'Zellulose opléisen, an den Haaptmechanismus ass d'Waasserstoffbindungen tëscht Zellulosemolekulare Ketten ze briechen. Allgemeng ionesch Flëssegkeeten déi Cellulose opléisen enthalen:
1-Butyl-3-Methylimidazoliumchlorid ([BMIM]Cl): Dës ionesch Flëssegkeet léist Cellulose op andeems se mat Waasserstoffbindungen an Zellulose duerch Waasserstoffbindungsacceptoren interagéieren.
1-Ethyl-3-Methylimidazoliumacetat ([EMIM][Ac]): Dës ionesch Flëssegkeet kann héich Konzentratioune vu Cellulose ënner relativ mëlle Bedéngungen opléisen.
2. Amine oxidant Léisung
Aminoxidant Léisung wéi eng gemëschte Léisung vun Diethylamin (DEA) a Kupferchlorid gëtt [Cu(II)-Ammoniumléisung] genannt, wat e staarke Léisungsmëttelsystem ass deen Cellulose kann opléisen. Et zerstéiert d'Kristallstruktur vun der Cellulose duerch Oxidatioun a Waasserstoffverbindung, wat d'Zellulosemolekularekette méi mëll a méi löslech mécht.
3. Lithiumchlorid-Dimethylacetamid (LiCl-DMAc) System
De LiCl-DMAc (Lithiumchlorid-Dimethylacetamid) System ass eng vun de klassesche Methoden fir d'Zellulose opzeléisen. LiCl kann e Konkurrenz fir Waasserstoffbindunge bilden, an doduerch d'Waasserstoffbindungsnetz tëscht Zellulosemoleküle zerstéieren, während DMAc als Léisungsmëttel gutt mat der Cellulosemolekularekette interagéiere kann.
4. Salzsäure / Zinkchlorid Léisung
D'Salzsäure / Zinkchlorid Léisung ass e fréi entdeckte Reagens deen Zellulose kann opléisen. Et kann Zellulose opléisen andeems se e Koordinatiounseffekt tëscht Zinkchlorid a Cellulosemolekulare Ketten bilden, a Salzsäure zerstéiert d'Waasserstoffbindungen tëscht Zellulosemolekülen. Wéi och ëmmer, dës Léisung ass héich korrosiv fir Ausrüstung an ass limitéiert a praktesch Uwendungen.
5. Fibrinolytesch Enzymen
Fibrinolytesch Enzyme (wéi Cellulasen) léisen Zellulose op andeems d'Zersetzung vu Cellulose a méi kleng Oligosacchariden a Monosacchariden katalyséiert. Dës Method huet eng breet Palette vun Uwendungen an de Beräicher vun der Biodegradatioun a Biomass Konversioun, obwuel säin Opléisungsprozess net komplett chemesch Opléisung ass, awer duerch Biokatalyse erreecht gëtt.
(3) Mechanismus vun cellulose Opléisung
Verschidde Reagenzen hu verschidde Mechanismen fir d'Zellulose opzeléisen, awer allgemeng kënne se un zwee Haaptmechanismen zougeschriwwe ginn:
Zerstéierung vu Waasserstoffbindungen: Zerstéierung vun de Waasserstoffbindungen tëscht Zellulosemolekulare Ketten duerch kompetitiv Waasserstoffbindungsbildung oder ionesch Interaktioun, sou datt et löslech ass.
Molekulare Kettenrelaxatioun: D'Erhéijung vun der Weichheet vun de Cellulosemolekulareketten an d'Reduktioun vun der Kristallinitéit vu molekulare Ketten duerch physesch oder chemesch Mëttelen, sou datt se an Léisungsmëttelen opgeléist kënne ginn.
(4) Praktesch Uwendungen vun der Celluloseopléisung
Cellulose Opléisung huet wichteg Uwendungen a ville Beräicher:
Virbereedung vun Cellulose Derivate: No der Opléisung vun Cellulose kann et weider chemesch modifizéiert ginn fir Celluloseethers, Celluloseester an aner Derivate virzebereeden, déi wäit a Liewensmëttel, Medizin, Beschichtungen an aner Felder benotzt ginn.
Cellulose-baséiert Materialien: Mat opgeléiste Cellulose, Cellulose Nanofaser, Cellulosemembranen an aner Materialer kënne virbereet ginn. Dës Materialien hunn gutt mechanesch Eegeschaften a Biokompatibilitéit.
Biomassenergie: Duerch d'Opléisung an d'Degradatioun vun Cellulose kann se an fermentéierbar Zucker ëmgewandelt ginn fir d'Produktioun vu Biokraftstoffer wéi Bioethanol, wat hëlleft fir d'Entwécklung an d'Notzung vun erneierbaren Energie z'erreechen.
Cellulose Opléisung ass e komplexe Prozess dee verschidde chemesch a kierperlech Mechanismen involvéiert. Ionesch Flëssegkeeten, Aminooxidantléisungen, LiCl-DMAc Systemer, Salzsäure/Zinkchloridléisungen an cellolytesch Enzyme sinn am Moment bekannt als effektiv Agenten fir d'Zellulose opzeléisen. All Agent huet säin eegene eenzegaartegen Opléisungsmechanismus an Applikatiounsfeld. Mat der am-Déift Studie vum Zellulose-Opléisungsmechanismus gëtt ugeholl datt méi effizient an ëmweltfrëndlech Opléisungsmethoden entwéckelt ginn, déi méi Méiglechkeete fir d'Notzung an d'Entwécklung vun der Cellulose ubidden.
Post Zäit: Jul-09-2024