Selulosa adalah polysaccharide kompleks yang terdiri daripada banyak unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosid. Ia adalah komponen utama dinding sel tumbuhan dan memberikan dinding sel tumbuhan yang kuat sokongan struktur dan ketangguhan. Oleh kerana rantaian molekul selulosa panjang dan kristal yang tinggi, ia mempunyai kestabilan dan insoluben yang kuat.
(1) sifat selulosa dan kesukaran membubarkan
Selulosa mempunyai sifat berikut yang menjadikannya sukar untuk dibubarkan:
Crystallinity Tinggi: Rantai molekul selulosa membentuk struktur kekisi yang ketat melalui ikatan hidrogen dan daya van der Waals.
Tahap pempolimeran yang tinggi: Tahap pempolimeran (iaitu panjang rantaian molekul) selulosa adalah tinggi, biasanya dari ratusan hingga ribuan unit glukosa, yang meningkatkan kestabilan molekul.
Rangkaian ikatan hidrogen: Bon hidrogen hadir secara meluas di antara dan dalam rantai molekul selulosa, menjadikannya sukar untuk dimusnahkan dan dibubarkan oleh pelarut umum.
(2) reagen yang membubarkan selulosa
Pada masa ini, reagen yang diketahui yang dapat membubarkan selulosa secara berkesan terutamanya termasuk kategori berikut:
1. Cecair Ionik
Cecair ionik adalah cecair yang terdiri daripada kation organik dan anion organik atau bukan organik, biasanya dengan turun naik yang rendah, kestabilan haba yang tinggi dan kebolehdarah yang tinggi. Sesetengah cecair ionik boleh membubarkan selulosa, dan mekanisme utama adalah untuk memecahkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa. Cecair ionik biasa yang membubarkan selulosa termasuk:
1-butil-3-methylimidazolium chloride ([BMIM] CL): Cecair ionik ini melarutkan selulosa dengan berinteraksi dengan ikatan hidrogen dalam selulosa melalui penerima ikatan hidrogen.
1-etil-3-methylimidazolium acetate ([emim] [ac]): cecair ionik ini dapat membubarkan kepekatan selulosa yang tinggi di bawah keadaan yang agak ringan.
2. Penyelesaian oksidan amina
Penyelesaian oksidan amina seperti larutan campuran diethylamine (DEA) dan klorida tembaga dipanggil [Cu (II) -ammonium larutan], yang merupakan sistem pelarut yang kuat yang dapat membubarkan selulosa. Ia memusnahkan struktur kristal selulosa melalui pengoksidaan dan ikatan hidrogen, menjadikan rantaian molekul selulosa lebih lembut dan lebih larut.
3. Lithium Chloride-Dimethylacetamide (LICL-DMAC)
Sistem LICL-DMAC (Lithium Chloride-Dimethylacetamide) adalah salah satu kaedah klasik untuk membubarkan selulosa. LiCL boleh membentuk persaingan untuk ikatan hidrogen, dengan itu memusnahkan rangkaian ikatan hidrogen antara molekul selulosa, sementara DMAC sebagai pelarut dapat berinteraksi dengan baik dengan rantai molekul selulosa.
4. Penyelesaian asid hidroklorik/zink klorida
Penyelesaian asid hidroklorik/zink klorida adalah reagen yang ditemui awal yang boleh membubarkan selulosa. Ia boleh membubarkan selulosa dengan membentuk kesan koordinasi antara rantaian molekul zink klorida dan selulosa, dan asid hidroklorik yang memusnahkan ikatan hidrogen antara molekul selulosa. Walau bagaimanapun, penyelesaian ini sangat menghakis peralatan dan terhad dalam aplikasi praktikal.
5. Enzim Fibrinolytic
Enzim fibrinolytic (seperti selulase) membubarkan selulosa dengan memangkin penguraian selulosa menjadi oligosakarida dan monosakarida yang lebih kecil. Kaedah ini mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang biodegradasi dan penukaran biomas, walaupun proses pembubarannya tidak sepenuhnya pembubaran kimia, tetapi dicapai melalui biokatalisis.
(3) mekanisme pembubaran selulosa
Reagen yang berbeza mempunyai mekanisme yang berbeza untuk membubarkan selulosa, tetapi pada umumnya mereka boleh dikaitkan dengan dua mekanisme utama:
Pemusnahan ikatan hidrogen: Memusnahkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa melalui pembentukan ikatan hidrogen yang kompetitif atau interaksi ionik, menjadikannya larut.
Rantai rantaian molekul: Meningkatkan kelembutan rantai molekul selulosa dan mengurangkan kristal di rantai molekul melalui cara fizikal atau kimia, supaya mereka dapat dibubarkan dalam pelarut.
(4) Aplikasi praktikal pembubaran selulosa
Pembubaran selulosa mempunyai aplikasi penting dalam banyak bidang:
Penyediaan derivatif selulosa: Selepas membubarkan selulosa, ia boleh diubah suai secara kimia untuk menyediakan ether selulosa, ester selulosa dan derivatif lain, yang digunakan secara meluas dalam makanan, perubatan, salutan dan bidang lain.
Bahan berasaskan selulosa: Menggunakan selulosa terlarut, nanofiber selulosa, membran selulosa dan bahan lain boleh disediakan. Bahan -bahan ini mempunyai sifat mekanikal yang baik dan biokompatibiliti.
Tenaga Biomas: Dengan membubarkan dan merendahkan selulosa, ia boleh ditukar menjadi gula yang boleh ditapai untuk pengeluaran biofuel seperti bioethanol, yang membantu mencapai pembangunan dan penggunaan tenaga boleh diperbaharui.
Pembubaran selulosa adalah proses yang kompleks yang melibatkan pelbagai mekanisme kimia dan fizikal. Cecair ionik, penyelesaian oksida amino, sistem LiCL-DMAC, penyelesaian asid hidroklorik/zink klorida dan enzim selolis yang kini dikenali sebagai ejen yang berkesan untuk membubarkan selulosa. Setiap ejen mempunyai mekanisme pembubaran tersendiri dan bidang aplikasi. Dengan kajian mendalam tentang mekanisme pembubaran selulosa, dipercayai bahawa kaedah pembubaran yang lebih cekap dan mesra alam akan dibangunkan, memberikan lebih banyak kemungkinan untuk penggunaan dan pembangunan selulosa.
Masa Post: Jul-09-2024