सेल्युलोज विरघळणारे अभिकर्मक काय आहे?

सेल्युलोज एक जटिल पॉलिसेकेराइड आहे जो अनेक ग्लूकोज युनिट्सचा बनलेला आहे जो β-1,4-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड्सद्वारे जोडला गेला आहे. हे वनस्पती पेशींच्या भिंतींचा मुख्य घटक आहे आणि वनस्पती पेशींच्या भिंती मजबूत स्ट्रक्चरल समर्थन आणि कठोरपणा देते. लांब सेल्युलोज आण्विक साखळी आणि उच्च क्रिस्टलिटीमुळे, त्यात मजबूत स्थिरता आणि दिवाळखोरी आहे.

(१) सेल्युलोजचे गुणधर्म आणि विरघळण्यात अडचण

सेल्युलोजमध्ये खालील गुणधर्म आहेत ज्यामुळे ते विरघळणे कठीण होते:

उच्च क्रिस्टलिटी: सेल्युलोज आण्विक साखळी हायड्रोजन बॉन्ड्स आणि व्हॅन डेर वाल्स सैन्याद्वारे घट्ट जाळीची रचना तयार करतात.

पॉलिमरायझेशनची उच्च पदवीः सेल्युलोजच्या पॉलिमरायझेशनची (म्हणजे आण्विक साखळीची लांबी) डिग्री जास्त असते, सामान्यत: शेकडो ते हजारो ग्लूकोज युनिट्स असते, ज्यामुळे रेणूची स्थिरता वाढते.

हायड्रोजन बाँड नेटवर्क: हायड्रोजन बॉन्ड्स सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमध्ये आणि त्यात मोठ्या प्रमाणात उपस्थित असतात, ज्यामुळे सामान्य सॉल्व्हेंट्सद्वारे नष्ट करणे आणि विरघळणे कठीण होते.

(२) सेल्युलोज विरघळणारे अभिकर्मक

सध्या, ज्ञात अभिकर्मक जे सेल्युलोज प्रभावीपणे विरघळवू शकतात मुख्यतः खालील श्रेणींचा समावेश आहे:

1. आयनिक द्रव

आयनिक लिक्विड्स सेंद्रीय केशन्स आणि सेंद्रिय किंवा अजैविक ions नाईन्सपासून बनविलेले द्रव असतात, सामान्यत: कमी अस्थिरता, उच्च थर्मल स्थिरता आणि उच्च समायोज्य. काही आयनिक द्रव सेल्युलोज विरघळवू शकतात आणि मुख्य यंत्रणा म्हणजे सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमधील हायड्रोजन बॉन्ड्स तोडणे. सेल्युलोज विरघळवून ठेवणार्‍या सामान्य आयनिक द्रव्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

1-बुटिल -3-मेथिलीमिडाझोलियम क्लोराईड ([बीएमआयएम] सीएल): हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणा by ्यांद्वारे सेल्युलोजमध्ये हायड्रोजन बॉन्ड्सशी संवाद साधून हे आयनिक द्रव सेल्युलोज विरघळते.

1-एथिल -3-मेथिलीमिडाझोलियम एसीटेट ([ईएमआयएम] [एसी]): हे आयनिक द्रव तुलनेने सौम्य परिस्थितीत सेल्युलोजची उच्च सांद्रता विरघळवू शकते.

2. अमाइन ऑक्सिडंट सोल्यूशन
डायथिलेमाइन (डीईए) आणि कॉपर क्लोराईडचे मिश्रित द्रावण सारख्या अमाइन ऑक्सिडंट सोल्यूशनला [क्यू (II) -मोनियम सोल्यूशन] म्हणतात, जे सेल्युलोज विरघळवू शकणारी एक मजबूत दिवाळखोर नसलेला प्रणाली आहे. हे ऑक्सिडेशन आणि हायड्रोजन बॉन्डिंगद्वारे सेल्युलोजची क्रिस्टल स्ट्रक्चर नष्ट करते, ज्यामुळे सेल्युलोज आण्विक साखळी मऊ आणि अधिक विद्रव्य होते.

3. लिथियम क्लोराईड-डायमेथिलेसेटामाइड (एलआयसीएल-डीएमएसी) सिस्टम
एलआयसीएल-डीएमएसी (लिथियम क्लोराईड-डायमेथिलेसेटामाइड) सिस्टम सेल्युलोज विरघळण्यासाठी क्लासिक पद्धतींपैकी एक आहे. एलआयसीएल हायड्रोजन बॉन्ड्ससाठी एक स्पर्धा तयार करू शकते, ज्यामुळे सेल्युलोज रेणू दरम्यान हायड्रोजन बाँड नेटवर्क नष्ट होते, तर दिवाळखोर नसलेला डीएमएसी सेल्युलोज आण्विक साखळीशी चांगला संवाद साधू शकतो.

4. हायड्रोक्लोरिक acid सिड/झिंक क्लोराईड सोल्यूशन
हायड्रोक्लोरिक acid सिड/झिंक क्लोराईड सोल्यूशन एक लवकर शोधलेला अभिकर्मक आहे जो सेल्युलोज विरघळवू शकतो. हे झिंक क्लोराईड आणि सेल्युलोज आण्विक साखळी आणि हायड्रोक्लोरिक acid सिड दरम्यान सेल्युलोज रेणूंच्या दरम्यान हायड्रोजन बॉन्ड्स नष्ट करून समन्वय प्रभाव तयार करून सेल्युलोज विरघळवू शकते. तथापि, हे समाधान उपकरणांसाठी अत्यंत संक्षारक आहे आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये मर्यादित आहे.

5. फायब्रिनोलिटिक एंजाइम
फायब्रिनोलिटिक एंजाइम (जसे की सेल्युलासेस) सेल्युलोजच्या विघटनास लहान ऑलिगोसाकराइड्स आणि मोनोसाकराइड्समध्ये उत्प्रेरक करून सेल्युलोज विरघळतात. या पद्धतीमध्ये बायोडिग्रेडेशन आणि बायोमास रूपांतरणाच्या क्षेत्रात विस्तृत अनुप्रयोग आहेत, जरी त्याची विघटन प्रक्रिया पूर्णपणे रासायनिक विघटन नसली तरी बायोकॅटालिसिसद्वारे प्राप्त केली जाते.

()) सेल्युलोज विघटनाची यंत्रणा

सेल्युलोज विरघळण्यासाठी वेगवेगळ्या अभिकर्मकांमध्ये भिन्न यंत्रणा असतात, परंतु सर्वसाधारणपणे त्यांना दोन मुख्य यंत्रणेचे श्रेय दिले जाऊ शकते:
हायड्रोजन बॉन्ड्सचा नाश: स्पर्धात्मक हायड्रोजन बॉन्ड तयार होण्याद्वारे किंवा आयनिक परस्परसंवादाद्वारे सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमधील हायड्रोजन बॉन्ड्स नष्ट करणे, ते विद्रव्य बनते.
आण्विक साखळी विश्रांती: सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांची कोमलता वाढविणे आणि भौतिक किंवा रासायनिक माध्यमांद्वारे आण्विक साखळ्यांचे क्रिस्टलिटी कमी करणे, जेणेकरून ते सॉल्व्हेंट्समध्ये विरघळले जाऊ शकतात.

()) सेल्युलोज विघटनाचे व्यावहारिक अनुप्रयोग

सेल्युलोज विघटन अनेक क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग आहेत:
सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज तयार करणे: सेल्युलोज विरघळल्यानंतर, सेल्युलोज इथर, सेल्युलोज एस्टर आणि इतर डेरिव्हेटिव्ह्ज तयार करण्यासाठी हे रासायनिकरित्या सुधारित केले जाऊ शकते, जे अन्न, औषध, कोटिंग्ज आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरले जातात.
सेल्युलोज-आधारित सामग्री: विरघळलेले सेल्युलोज, सेल्युलोज नॅनोफिबर्स, सेल्युलोज पडदा आणि इतर सामग्री वापरणे तयार केले जाऊ शकते. या सामग्रीमध्ये चांगले यांत्रिक गुणधर्म आणि बायोकॉम्पॅबिलिटी आहे.
बायोमास एनर्जी: सेल्युलोज विरघळवून आणि विघटन करून, बायोएथेनॉल सारख्या जैवइंधनांच्या उत्पादनासाठी ते किण्वन करण्यायोग्य शर्करामध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते, जे नूतनीकरणयोग्य उर्जेचा विकास आणि उपयोग साध्य करण्यास मदत करते.

सेल्युलोज विघटन ही एक जटिल प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एकाधिक रासायनिक आणि भौतिक यंत्रणेचा समावेश आहे. आयनिक लिक्विड्स, अमीनो ऑक्सिडंट सोल्यूशन्स, एलआयसीएल-डीएमएसी सिस्टम, हायड्रोक्लोरिक acid सिड/झिंक क्लोराईड सोल्यूशन्स आणि सेलोलाइटिक एंजाइम सध्या सेल्युलोज विरघळण्यासाठी प्रभावी एजंट म्हणून ओळखले जातात. प्रत्येक एजंटची स्वतःची विशिष्ट विघटन यंत्रणा आणि अनुप्रयोग फील्ड असते. सेल्युलोज विघटन यंत्रणेच्या सखोल अभ्यासानुसार, असे मानले जाते की सेल्युलोजच्या वापर आणि विकासासाठी अधिक शक्यता प्रदान करण्यासाठी अधिक कार्यक्षम आणि पर्यावरणास अनुकूल विघटन पद्धती विकसित केल्या जातील.