सेल्युलोज भंग गर्ने अभिकर्मक के हो?

सेल्युलोज β-1,4-glycosidic बन्डहरू द्वारा जोडिएको धेरै ग्लुकोज एकाइहरू मिलेर बनेको एक जटिल पोलिसैकराइड हो। यो बिरुवा कोशिका पर्खाल को मुख्य घटक हो र बिरुवा कोशिका पर्खाल बलियो संरचनात्मक समर्थन र कठोरता दिन्छ। लामो सेल्युलोज आणविक श्रृंखला र उच्च क्रिस्टलिनिटीको कारण, यसमा बलियो स्थिरता र अघुलनशीलता छ।

(1) सेल्युलोजको गुण र भंग गर्न कठिनाई

सेल्युलोजमा निम्न गुणहरू छन् जसले यसलाई विघटन गर्न गाह्रो बनाउँछ:

उच्च क्रिस्टलीयता: सेल्युलोज आणविक चेनहरूले हाइड्रोजन बन्डहरू र भ्यान डर वाल्स बलहरू मार्फत कडा जाली संरचना बनाउँछन्।

पोलिमराइजेशनको उच्च डिग्री: सेल्युलोजको पोलिमराइजेशनको डिग्री (अर्थात आणविक श्रृंखलाको लम्बाइ) उच्च हुन्छ, सामान्यतया सयौंदेखि हजारौं ग्लुकोज एकाइहरू सम्म, जसले अणुको स्थिरता बढाउँछ।

हाइड्रोजन बन्ड नेटवर्क: हाइड्रोजन बन्डहरू सेल्युलोज आणविक चेनहरू बीच र भित्र व्यापक रूपमा उपस्थित छन्, यसलाई नष्ट गर्न र सामान्य विलायकहरू द्वारा विघटन गर्न गाह्रो बनाउँछ।

(2) सेल्युलोज भंग गर्ने अभिकर्मकहरू

हाल, सेल्युलोजलाई प्रभावकारी रूपमा विघटन गर्न सक्ने ज्ञात अभिकर्मकहरूले मुख्य रूपमा निम्न कोटीहरू समावेश गर्दछ:

1. आयनिक तरल पदार्थ

आयोनिक तरल पदार्थहरू कार्बनिक क्यासनहरू र जैविक वा अकार्बनिक आयनहरूबाट बनेको तरल पदार्थ हुन्, सामान्यतया कम अस्थिरता, उच्च थर्मल स्थिरता र उच्च समायोजनको साथ। केही आयनिक तरल पदार्थहरूले सेलुलोजलाई विघटन गर्न सक्छ, र मुख्य संयन्त्र सेल्युलोज आणविक चेनहरू बीचको हाइड्रोजन बन्धन तोड्नु हो। सेलुलोज भंग गर्ने सामान्य आयनिक तरल पदार्थहरू समावेश छन्:

1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): यो आयनिक तरलले हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ताहरू मार्फत सेल्युलोजमा हाइड्रोजन बन्डहरूसँग अन्तरक्रिया गरेर सेल्युलोजलाई भंग गर्छ।

1-Ethyl-3-methylimidazolium एसीटेट ([EMIM][Ac]): यो आयनिक तरलले अपेक्षाकृत हल्का परिस्थितिहरूमा सेल्युलोजको उच्च सांद्रतालाई भंग गर्न सक्छ।

2. अमाइन अक्सिडेन्ट समाधान
डाइथिलामिन (DEA) र कपर क्लोराइडको मिश्रित घोल जस्तै अमाइन अक्सिडेन्ट घोललाई [Cu(II)-अमोनियम घोल] भनिन्छ, जुन सेल्युलोजलाई विघटन गर्न सक्ने बलियो विलायक प्रणाली हो। यसले अक्सिडेशन र हाइड्रोजन बन्धन मार्फत सेल्युलोजको क्रिस्टल संरचनालाई नष्ट गर्छ, सेल्युलोज आणविक चेनलाई नरम र अधिक घुलनशील बनाउँछ।

3. लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलसेटामाइड (LiCl-DMAc) प्रणाली
LiCl-DMAc (लिथियम क्लोराइड-dimethylacetamide) प्रणाली सेल्युलोज भंग गर्ने क्लासिक विधिहरू मध्ये एक हो। LiCl ले हाइड्रोजन बन्डहरूको लागि प्रतिस्पर्धा गर्न सक्छ, जसले सेल्युलोज अणुहरू बीचको हाइड्रोजन बन्ड नेटवर्कलाई नष्ट गर्दछ, जबकि DMAc एक विलायकको रूपमा सेल्युलोज आणविक श्रृंखलासँग राम्रोसँग अन्तरक्रिया गर्न सक्छ।

4. हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जस्ता क्लोराइड समाधान
हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड समाधान प्रारम्भिक पत्ता लागेको अभिकर्मक हो जसले सेल्युलोजलाई भंग गर्न सक्छ। यसले जिंक क्लोराइड र सेल्युलोज आणविक चेनहरू, र हाइड्रोक्लोरिक एसिडले सेल्युलोज अणुहरू बीचको हाइड्रोजन बन्डहरू नष्ट गर्ने बीचको समन्वय प्रभाव बनाएर सेल्युलोजलाई भंग गर्न सक्छ। यद्यपि, यो समाधान उपकरणहरूमा अत्यधिक संक्षारक छ र व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा सीमित छ।

5. फाइब्रिनोलाइटिक इन्जाइमहरू
फाइब्रिनोलाइटिक इन्जाइमहरू (जस्तै सेलुलेसहरू) सेल्युलोजको विघटनलाई सानो ओलिगोसेकराइड र मोनोसेकराइडहरूमा उत्प्रेरित गरेर सेल्युलोजलाई विघटन गर्छन्। यो विधिको बायोडिग्रेडेसन र बायोमास रूपान्तरणको क्षेत्रमा धेरै प्रकारका अनुप्रयोगहरू छन्, यद्यपि यसको विघटन प्रक्रिया पूर्णतया रासायनिक विघटन होइन, तर बायोकैटालिसिस मार्फत हासिल गरिन्छ।

(3) सेल्युलोज विघटन को संयन्त्र

विभिन्न अभिकर्मकहरूसँग सेल्युलोज भंग गर्नका लागि विभिन्न संयन्त्रहरू छन्, तर सामान्यतया तिनीहरू दुई मुख्य संयन्त्रहरूमा श्रेय दिन सकिन्छ:
हाइड्रोजन बन्डको विनाश: प्रतिस्पर्धात्मक हाइड्रोजन बन्ड गठन वा आयनिक अन्तरक्रिया मार्फत सेल्युलोज आणविक चेनहरू बीचको हाइड्रोजन बन्डहरू नष्ट गर्दै, यसलाई घुलनशील बनाउने।
आणविक चेन रिलेक्सेसन: सेल्युलोज आणविक चेनहरूको कोमलता बढाउने र भौतिक वा रासायनिक माध्यमहरू मार्फत आणविक चेनहरूको क्रिस्टलिनिटी घटाउने, ताकि तिनीहरू सॉल्भेन्टहरूमा भंग गर्न सकिन्छ।

(4) सेलुलोज विघटन को व्यावहारिक अनुप्रयोगहरू

सेल्युलोज विघटन धेरै क्षेत्रहरूमा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगहरू छन्:
सेलुलोज डेरिभेटिभको तयारी: सेलुलोज विघटन पछि, यसलाई अझ रासायनिक रूपले परिमार्जन गरी सेलुलोज ईथर, सेलुलोज एस्टर र अन्य डेरिभेटिभहरू तयार गर्न सकिन्छ, जुन खाना, औषधि, कोटिंग्स र अन्य क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
सेल्युलोजमा आधारित सामग्री: घुलनशील सेलुलोज, सेलुलोज नानोफाइबर, सेलुलोज झिल्ली र अन्य सामग्रीहरू प्रयोग गरेर तयार गर्न सकिन्छ। यी सामाग्रीहरु राम्रो यांत्रिक गुण र biocompatibility छ।
बायोमास ऊर्जा: सेल्युलोजलाई विघटन र घटाएर, यसलाई बायोइथानोल जस्ता जैविक इन्धनको उत्पादनको लागि किण्वनयोग्य चिनीमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ, जसले नवीकरणीय ऊर्जाको विकास र उपयोग हासिल गर्न मद्दत गर्दछ।

सेल्युलोज विघटन एक जटिल प्रक्रिया हो जसमा धेरै रासायनिक र भौतिक संयन्त्रहरू समावेश हुन्छन्। आयनिक तरल पदार्थ, एमिनो अक्सिडेन्ट समाधान, LiCl-DMAc प्रणाली, हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड समाधान र सेलोलाइटिक इन्जाइमहरू हाल सेल्युलोज भंग गर्ने प्रभावकारी एजेन्टहरूका रूपमा चिनिन्छन्। प्रत्येक एजेन्टको आफ्नै अद्वितीय विघटन संयन्त्र र अनुप्रयोग क्षेत्र हुन्छ। सेल्युलोज विघटन संयन्त्रको गहिरो अध्ययनको साथ, यो विश्वास गरिन्छ कि अधिक कुशल र वातावरण मैत्री विघटन विधिहरू विकसित हुनेछन्, जसले सेल्युलोजको उपयोग र विकासको लागि थप सम्भावनाहरू प्रदान गर्नेछ।