Целулозата е комплексен полисахарид составен од многу единици за гликоза поврзани со β-1,4-гликозидни врски. Таа е главната компонента на wallsидовите на растителните клетки и им дава на wallsидовите на растителните клетки силна структурна поддршка и цврстина. Поради долгиот молекуларен ланец на целулоза и висока кристалност, тој има силна стабилност и несоодветност.
(1) Карактеристики на целулоза и тешкотии при растворање
Целулозата ги има следниве својства што го отежнуваат растворањето:
Висока кристалност: Молекуларните ланци на целулоза формираат тесна структура на решетките преку водородните врски и силите на Ван дер Валс.
Висок степен на полимеризација: Степенот на полимеризација (т.е. должината на молекуларниот ланец) на целулоза е висок, обично се движи од стотици до илјадници единици за гликоза, што ја зголемува стабилноста на молекулот.
Мрежа за водородни врски: Водородните врски се широко присутни помеѓу и во рамките на молекуларните ланци на целулоза, што го отежнува уништувањето и растворено од општите растворувачи.
(2) реагенси кои раствораат целулоза
Во моментов, познатите реагенси кои можат ефикасно да ја растворат целулозата главно ги вклучуваат следниве категории:
1. Јонски течности
Јонските течности се течности составени од органски катјони и органски или неоргански анјони, обично со мала нестабилност, висока термичка стабилност и висока прилагодливост. Некои јонски течности можат да ја растворат целулозата, а главниот механизам е да се пробијат водородните врски помеѓу молекуларните ланци на целулоза. Вообичаени јонски течности кои раствораат целулоза вклучуваат:
1-бутил-3-метилимидазолиум хлорид ([BMIM] CL): Оваа јонска течност ја раствора целулозата со интеракција со водородни врски во целулоза преку прифаќачи 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. Амин оксидантен раствор
Амин оксиданс раствор, како што е мешан раствор на диетиламин (DEA) и бакар хлорид се нарекува [Cu (II) -амониум раствор], што е силен систем на растворувач кој може да ја раствори целулозата. Ја уништува кристалната структура на целулоза преку оксидација и сврзување со водород, со што молекуларниот ланец на целулоза е помек и повеќе растворлив.
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 обврзници, а со тоа да ја уништи мрежата на водородни врски помеѓу молекулите на целулоза, додека DMAC како растворувач може добро да комуницира со молекуларниот ланец на целулоза.
4. Раствор на хлорид со хлороводородна киселина/цинк
Растворот на хлороводородна киселина/цинк хлорид е рано откриен реагенс што може да ја раствори целулозата. Може да ја раствори целулозата со формирање на координативен ефект помеѓу молекуларните ланци на цинк и целулоза и хлороводородна киселина што ги уништува водородните врски помеѓу молекулите на целулозата. Сепак, ова решение е многу корозивно за опремата и е ограничено во практични апликации.
5. Фибринолитички ензими
Фибринолитичките ензими (како што се целулазите) ја раствораат целулозата со катализатор на распаѓање на целулозата во помали олигосахариди и моносахариди. Овој метод има широк спектар на апликации во областа на биоразградување и конверзија на биомаса, иако неговиот процес на растворање не е целосно хемиско растворање, туку се постигнува преку биокализа.
(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 водородните врски: Уништување на водородните врски помеѓу молекуларните ланци на целулоза преку конкурентно формирање на водородни врски или јонска интеракција, што го прави растворлив.
Релаксација на молекуларен ланец: Зголемување на мекоста на молекуларните ланци на целулоза и намалување на кристалноста на молекуларните ланци преку физички или хемиски средства, за да можат да се растворат во растворувачи.
(4) Практични апликации за растворање на целулоза
Растворањето на целулозата има важни апликации во многу полиња:
Подготовка на деривати на целулоза: По растворање на целулоза, може дополнително да се модифицираат за да се подготват целулозни етери, целулозни естри и други деривати, кои се широко користени во храна, медицина, облоги и други полиња.
Материјали засновани на целулоза: Може да се подготви растворена целулоза, целулозни нанофибери, целулозни мембрани и други материјали. Овие материјали имаат добри механички својства и биокомпатибилност.
Енергија на биомаса: Со растворање и деградирачка целулоза, може да се претвори во ферментирани шеќери за производство на биогорива како што е биоетанол, што помага да се постигне развој и употреба на обновлива енергија.
Растворањето на целулозата е комплексен процес кој вклучува повеќе хемиски и физички механизми. Јонски течности, раствори на амино оксиданс, системи LICL-DMAC, раствори на хлороводородна киселина/цинк хлорид и церолитички ензими во моментов се познати како ефективни агенси за растворање на целулоза. Секој агент има свој уникатен механизам за растворање и поле за примена. Со деталната студија на механизмот за растворање на целулоза, се верува дека ќе се развијат поефикасни и еколошки методи за растворање, обезбедувајќи повеќе можности за искористување и развој на целулоза.
Време на објавување: јули-09-2024