Целлюлоз нь β-1,4-гликозидын холбоогоор холбогдсон олон глюкозын нэгжээс бүрдсэн цогц полисахарид юм. Энэ нь ургамлын эсийн хананы үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд ургамлын эсийн хананд хүчтэй бүтцийн дэмжлэг, бат бөх чанарыг өгдөг. Целлюлозын молекулын урт гинж, өндөр талст чанараас шалтгаалан хүчтэй тогтвортой байдал, уусдаггүй.
(1) Целлюлозын шинж чанар ба уусахад хүндрэлтэй
Целлюлоз нь уусахад хэцүү болгодог дараах шинж чанартай байдаг.
Өндөр талст чанар: Целлюлозын молекулын гинж нь устөрөгчийн холбоо болон ван дер Ваалсын хүчээр нягт торны бүтцийг бүрдүүлдэг.
Полимержих өндөр зэрэг: Целлюлозын полимержих зэрэг (өөрөөр хэлбэл молекулын гинжин хэлхээний урт) өндөр, ихэвчлэн хэдэн зуугаас хэдэн мянган глюкозын нэгж хүртэл хэлбэлздэг бөгөөд энэ нь молекулын тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлдэг.
Устөрөгчийн бондын сүлжээ: Устөрөгчийн холбоо нь целлюлозын молекулын гинжин хэлхээний хооронд болон тэдгээрийн дотор өргөн байдаг тул ерөнхий уусгагчаар устгаж, уусгахад хэцүү болгодог.
(2) Целлюлозыг уусгах урвалжууд
Одоогийн байдлаар целлюлозыг үр дүнтэй уусгаж чаддаг мэдэгдэж буй урвалжууд нь дараахь ангиллыг агуулдаг.
1. Ионы шингэн
Ионы шингэн нь ихэвчлэн бага дэгдэмхий, өндөр дулааны тогтвортой байдал, өндөр тохируулгатай органик катионууд болон органик эсвэл органик бус анионуудаас бүрдсэн шингэн юм. Зарим ионы шингэн нь целлюлозыг уусгах чадвартай бөгөөд гол механизм нь целлюлозын молекулын гинж хоорондын устөрөгчийн холбоог таслах явдал юм. Целлюлозыг уусгадаг нийтлэг ионы шингэнд:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): Энэхүү ионы шингэн нь устөрөгчийн холбоо хүлээн авагчаар дамжуулан целлюлоз дахь устөрөгчийн холбоотой харилцан үйлчилж целлюлозыг уусгадаг.
1-Этил-3-метилимидазолийн ацетат ([EMIM][Ac]): Энэ ион шингэн нь харьцангуй зөөлөн нөхцөлд өндөр концентрацитай целлюлозыг уусгаж чаддаг.
2. Амин исэлдүүлэгч уусмал
Диэтиламин (DEA) ба зэс хлоридын холимог уусмал зэрэг амин исэлдүүлэгч уусмалыг [Cu(II)-аммонийн уусмал] гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь целлюлозыг уусгах чадвартай хүчтэй уусгагч систем юм. Энэ нь исэлдэлт, устөрөгчийн холбоогоор дамжуулан целлюлозын талст бүтцийг устгаж, целлюлозын молекулын гинжийг илүү зөөлөн, уусдаг болгодог.
3. Лити хлорид-диметилацетамид (LiCl-DMAc) систем
LiCl-DMAc (литийн хлорид-диметилацетамид) систем нь целлюлозыг уусгах сонгодог аргуудын нэг юм. LiCl нь устөрөгчийн бондын төлөөх өрсөлдөөнийг үүсгэж, улмаар целлюлозын молекулуудын хоорондох устөрөгчийн бондын сүлжээг устгадаг бол уусгагч болох DMAc нь целлюлозын молекулын гинжтэй сайн харьцаж чаддаг.
4. Давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал
Давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал нь целлюлозыг уусгах чадвартай эрт илрүүлсэн урвалж юм. Энэ нь цайрын хлорид ба целлюлозын молекулын гинж хоорондын уялдаа холбоог бий болгож, целлюлозын молекулуудын хоорондох устөрөгчийн холбоог устгадаг давсны хүчил нь целлюлозыг уусгаж чаддаг. Гэсэн хэдий ч, энэ шийдэл нь тоног төхөөрөмжид маш их идэмхий бөгөөд практик хэрэглээнд хязгаарлагдмал байдаг.
5. Фибринолитик ферментүүд
Фибринолитик ферментүүд (целлюлаза гэх мэт) целлюлозыг жижиг олигосахарид ба моносахарид болгон задлах замаар целлюлозыг уусгана. Энэ арга нь био задрал, биомасс хувиргах салбарт өргөн хүрээний хэрэглээтэй боловч түүний уусгах процесс нь химийн бүрэн уусгалт биш боловч биокатализаар дамжин хүрдэг.
(3) Целлюлозыг уусгах механизм
Янз бүрийн урвалжууд целлюлозыг уусгах өөр өөр механизмтай байдаг боловч ерөнхийдөө тэдгээрийг хоёр үндсэн механизмтай холбож болно.
Устөрөгчийн холбоог устгах: Өрсөлдөх чадвартай устөрөгчийн холбоо үүсэх эсвэл ионы харилцан үйлчлэлээр дамжуулан целлюлозын молекулын гинж хоорондын устөрөгчийн холбоог устгаж, уусдаг.
Молекулын гинжин сулрал: Целлюлозын молекулын гинжин хэлхээний зөөлөн байдлыг нэмэгдүүлж, молекулын гинжний талстыг физик болон химийн аргаар багасгаж, уусгагчд уусгана.
(4) Целлюлозыг уусгах практик хэрэглээ
Целлюлозыг уусгах нь олон салбарт чухал ач холбогдолтой:
Целлюлозын деривативыг бэлтгэх: Целлюлозыг уусгасны дараа түүнийг цаашид химийн өөрчлөлтөд оруулан целлюлозын эфир, целлюлозын эфир болон бусад деривативуудыг бэлтгэж, хүнс, анагаах ухаан, бүрээс болон бусад салбарт өргөн хэрэглэдэг.
Целлюлоз дээр суурилсан материал: Ууссан целлюлоз, целлюлозын нано фибр, целлюлозын мембран болон бусад материалыг ашиглан бэлтгэж болно. Эдгээр материалууд нь сайн механик шинж чанартай, био нийцтэй байдаг.
Биомассаны энерги: Целлюлозыг уусгаж, задруулснаар биоэтанол зэрэг био түлш үйлдвэрлэх исгэх боломжтой элсэн чихэр болгон хувиргаж, сэргээгдэх эрчим хүчийг хөгжүүлэх, ашиглахад тусалдаг.
Целлюлозыг уусгах нь химийн болон физикийн олон механизмыг хамарсан нарийн төвөгтэй процесс юм. Ионы шингэн, амин исэлдүүлэгч уусмал, LiCl-DMAc систем, давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал, целлюлозын ферментүүд нь целлюлозыг уусгах үр дүнтэй бодисууд болох нь одоогоор мэдэгдэж байна. Агент бүр өөрийн уусгах механизм, хэрэглээний талбартай байдаг. Целлюлозыг уусгах механизмыг гүнзгийрүүлэн судалснаар илүү үр дүнтэй, байгаль орчинд ээлтэй уусгах аргуудыг боловсруулж, целлюлозыг ашиглах, хөгжүүлэх илүү их боломжийг олгоно гэж үзэж байна.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 7-р сарын 09-ний өдөр