Целулозата е комплексен полисахарид составен од многу гликозни единици поврзани со β-1,4-гликозидни врски. Тоа е главната компонента на растителните клеточни ѕидови и им дава на ѕидовите на растителните клетки силна структурна поддршка и цврстина. Поради долгиот молекуларен синџир на целулоза и високата кристалинност, има силна стабилност и нерастворливост.
(1) Својства на целулоза и тешкотии при растворање
Целулозата ги има следните својства што го отежнуваат растворањето:
Висока кристалинност: Молекуларните синџири на целулоза формираат цврста решеткаста структура преку водородни врски и ван дер Валс сили.
Висок степен на полимеризација: Степенот на полимеризација (т.е. должината на молекуларниот синџир) на целулозата е висок, обично се движи од стотици до илјадници единици на гликоза, што ја зголемува стабилноста на молекулата.
Мрежа на водородни врски: Водородните врски се широко присутни помеѓу и во рамките на целулозните молекуларни синџири, што го отежнува уништувањето и растворувањето од општите растворувачи.
(2) Реагенси кои ја раствораат целулозата
Во моментов, познатите реагенси кои можат ефикасно да ја растворат целулозата главно ги вклучуваат следните категории:
1. Јонски течности
Јонските течности се течности составени од органски катјони и органски или неоргански анјони, обично со мала испарливост, висока термичка стабилност и висока приспособливост. Некои јонски течности можат да ја растворат целулозата, а главниот механизам е да се скршат водородните врски помеѓу молекуларните синџири на целулоза. Вообичаените јонски течности кои ја раствораат целулозата вклучуваат:
1-Бутил-3-метилимидазолиум хлорид ([BMIM]Cl): Оваа јонска течност ја раствора целулозата преку интеракција со водородните врски во целулозата преку акцептори на водородни врски.
1-етил-3-метилимидазолиум ацетат ([EMIM][Ac]): Оваа јонска течност може да раствори високи концентрации на целулоза под релативно благи услови.
2. Раствор на амин оксиданс
Растворот на амин оксиданс како што е мешаниот раствор на диетиламин (DEA) и бакар хлорид се нарекува [Cu(II)-амониумски раствор], кој е силен систем на растворувачи кој може да ја раствори целулозата. Ја уништува кристалната структура на целулозата преку оксидација и водородно поврзување, правејќи го молекуларниот синџир на целулоза помек и порастворлив.
3. Литиум хлорид-диметилацетамид (LiCl-DMAc) систем
Системот LiCl-DMAc (литиум хлорид-диметилацетамид) е еден од класичните методи за растворање на целулоза. LiCl може да формира конкуренција за водородни врски, со што ја уништува мрежата на водородни врски помеѓу молекулите на целулоза, додека DMAc како растворувач може добро да комуницира со молекуларниот синџир на целулоза.
4. Раствор на хлороводородна киселина/цинк хлорид
Растворот на хлороводородна киселина/цинк хлорид е рано откриен реагенс кој може да ја раствори целулозата. Може да ја раствори целулозата со формирање на ефект на координација помеѓу цинк хлоридот и молекуларните синџири на целулоза, а хлороводородната киселина уништувајќи ги водородните врски помеѓу молекулите на целулоза. Сепак, ова решение е многу корозивно за опремата и е ограничено во практична примена.
5. Фибринолитички ензими
Фибринолитичките ензими (како што се целулазите) ја раствораат целулозата со катализирање на распаѓањето на целулозата на помали олигосахариди и моносахариди. Овој метод има широк опсег на примени во областа на биоразградување и конверзија на биомаса, иако неговиот процес на растворање не е целосно хемиско растворање, туку се постигнува преку биокатализа.
(3) Механизам на растворање на целулоза
Различни реагенси имаат различни механизми за растворање на целулоза, но генерално тие можат да се припишат на два главни механизми:
Уништување на водородни врски: Уништување на водородните врски помеѓу целулозните молекуларни синџири преку формирање конкурентна водородна врска или јонска интеракција, што го прави растворлив.
Релаксација на молекуларни синџири: Зголемување на мекоста на молекуларните синџири на целулоза и намалување на кристалноста на молекуларните синџири преку физички или хемиски средства, така што тие можат да се растворат во растворувачи.
(4) Практични примени на растворање на целулоза
Распуштањето на целулоза има важна примена во многу области:
Подготовка на деривати на целулоза: По растворањето на целулозата, таа може дополнително да биде хемиски модифицирана за да се подготват целулозни етери, целулозни естери и други деривати, кои се широко користени во храната, медицината, облогите и други полиња.
Материјали на база на целулоза: Со помош на растворена целулоза, може да се подготват целулозни нановлакна, целулозни мембрани и други материјали. Овие материјали имаат добри механички својства и биокомпатибилност.
Енергија на биомаса: со растворање и разградување на целулозата, таа може да се претвори во ферментирачки шеќери за производство на биогорива, како што е биоетанолот, што помага да се постигне развој и искористување на обновливата енергија.
Распуштањето на целулозата е сложен процес кој вклучува повеќе хемиски и физички механизми. Јонски течности, раствори на амино оксиданти, системи LiCl-DMAc, раствори на хлороводородна киселина/цинк хлорид и целолитички ензими во моментов се познати како ефикасни средства за растворање на целулоза. Секој агент има свој уникатен механизам за растворање и поле за примена. Со длабинско проучување на механизмот на растворање на целулоза, се верува дека ќе се развијат поефикасни и еколошки методи на растворање, со што ќе се обезбедат повеќе можности за искористување и развој на целулоза.
Време на објавување: Јули-09-2024 година