Cellulose is een complex polysacharide samengesteld uit vele glucose-eenheden die zijn verbonden door β-1,4-glycosidebindingen. Het is het belangrijkste onderdeel van plantencelwanden en geeft plantencelwanden sterke structurele ondersteuning en taaiheid. Vanwege de lange cellulosemoleculaire keten en hoge kristalliniteit heeft het een sterke stabiliteit en insolubligheid.
(1) Eigenschappen van cellulose en moeilijkheid bij het oplossen
Cellulose heeft de volgende eigenschappen die het moeilijk maken om op te lossen:
Hoge kristalliniteit: de cellulosemoleculaire ketens vormen een strakke roosterstructuur door waterstofbruggen en van der Waals -krachten.
Hoge mate van polymerisatie: de mate van polymerisatie (dwz de lengte van de moleculaire keten) van cellulose is hoog, meestal variërend van honderden tot duizenden glucose -eenheden, wat de stabiliteit van het molecuul verhoogt.
Waterstofbindingsnetwerk: waterstofbruggen zijn op grote schaal aanwezig tussen en binnen cellulosemoleculaire ketens, waardoor het moeilijk is om te worden vernietigd en opgelost door algemene oplosmiddelen.
(2) reagentia die cellulose oplossen
Momenteel bevatten de bekende reagentia die cellulose effectief kunnen oplossen, voornamelijk de volgende categorieën:
1. Ionische vloeistoffen
Ionische vloeistoffen zijn vloeistoffen samengesteld uit organische kationen en organische of anorganische anionen, meestal met lage volatiliteit, hoge thermische stabiliteit en hoge aanpasbaarheid. Sommige ionische vloeistoffen kunnen cellulose oplossen en het hoofdmechanisme is om de waterstofbruggen tussen cellulosemoleculaire ketens te breken. Gemeenschappelijke ionische vloeistoffen die cellulose oplossen, zijn onder meer:
1-butyl-3-methylimidazoliumchloride ([BMIM] CL): deze ionische vloeistof lost cellulose op door interactie met waterstofbruggen in cellulose door waterstofbindingacceptoren.
1-ethyl-3-methylimidazoliumacetaat ([EMIM] [AC]): deze ionische vloeistof kan hoge concentraties cellulose onder relatief milde omstandigheden oplossen.
2. AMINE Oxidant -oplossing
Amineoxidantoplossing zoals een gemengde oplossing van diethylamine (DEA) en koperchloride wordt [Cu (II) -ammonium-oplossing genoemd], een sterk oplosmiddelsysteem dat cellulose kan oplossen. Het vernietigt de kristalstructuur van cellulose door oxidatie en waterstofbinding, waardoor de cellulosemoleculaire keten zachter en meer oplosbaar is.
3. Lithiumchloride-dimethylacetamide (LICL-DMAC) systeem
Het LICL-DMAC (lithiumchloride-dimethylacetamide) systeem is een van de klassieke methoden voor het oplossen van cellulose. LiCl kan een concurrentie vormen voor waterstofbruggen, waardoor het waterstofbindingsnetwerk tussen cellulosemoleculen wordt vernietigd, terwijl DMAC als oplosmiddel goed kan interageren met de cellulosemoleculaire keten.
4. Op oplossing van zoutzuur/zinkchloride
De zoutzuur/zinkchloride -oplossing is een vroeg ontdekt reagens dat cellulose kan oplossen. Het kan cellulose oplossen door een coördinatie -effect te vormen tussen zinkchloride en cellulosemoleculaire ketens en zoutzuur die de waterstofbruggen tussen cellulosemoleculen vernietigt. Deze oplossing is echter zeer corrosief voor apparatuur en is beperkt in praktische toepassingen.
5. Fibrinolytische enzymen
Fibrinolytische enzymen (zoals cellulasen) lossen cellulose op door de ontleding van cellulose in kleinere oligosachariden en monosachariden te katalyseren. Deze methode heeft een breed scala aan toepassingen op het gebied van biologische afbraak en biomassaconversie, hoewel het oplossingsproces niet volledig chemische oplossing is, maar wordt bereikt door biokatalyse.
(3) mechanisme van cellulose -oplossing
Verschillende reagentia hebben verschillende mechanismen voor het oplossen van cellulose, maar in het algemeen kunnen ze worden toegeschreven aan twee hoofdmechanismen:
Vernietiging van waterstofbruggen: het vernietigen van de waterstofbruggen tussen cellulosemoleculaire ketens door concurrerende vorming van waterstofbruggen of ionische interactie, waardoor het oplosbaar is.
Relaxatie van moleculaire keten: het vergroten van de zachtheid van cellulosemoleculaire ketens en het verminderen van de kristalliniteit van moleculaire ketens door fysische of chemische middelen, zodat ze in oplosmiddelen kunnen worden opgelost.
(4) Praktische toepassingen van cellulose -oplossing
Cellulose -oplossing heeft belangrijke toepassingen op veel gebieden:
Bereiding van cellulosederivaten: na het oplossen van cellulose kan het verder chemisch worden gemodificeerd om cellulose -ethers, cellulose -esters en andere derivaten te bereiden, die veel worden gebruikt in voedsel, medicijnen, coatings en andere velden.
Op cellulose gebaseerde materialen: met behulp van opgeloste cellulose, cellulose-nanovezels, cellulosemembranen en andere materialen kunnen worden bereid. Deze materialen hebben goede mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit.
Biomassa -energie: door cellulose op te lossen en af te breken, kan het worden omgezet in fermenteerbare suikers voor de productie van biobrandstoffen zoals bio -ethanol, wat helpt bij het bereiken van de ontwikkeling en het gebruik van hernieuwbare energie.
Cellulose -oplossing is een complex proces met meerdere chemische en fysische mechanismen. Ionische vloeistoffen, amino-oxidantoplossingen, LICL-DMAC-systemen, zoutzuur/zinkchloride-oplossingen en cellolytische enzymen is momenteel bekend als effectieve middelen voor het oplossen van cellulose. Elke agent heeft zijn eigen unieke ontbindingsmechanisme en applicatieveld. Met de diepgaande studie van het cellulose-oplossingmechanisme, wordt aangenomen dat efficiëntere en milieuvriendelijke oplossingsmethoden zullen worden ontwikkeld, wat meer mogelijkheden biedt voor het gebruik en de ontwikkeling van cellulose.
Posttijd: JUL-09-2024