Celuloza është një polisaharid kompleks i përbërë nga shumë njësi glukoze të lidhura me lidhje β-1,4-glikozidike. Isshtë përbërësi kryesor i mureve të qelizave bimore dhe i jep mureve të qelizave bimore mbështetje dhe ashpërsi të fortë strukturore. Për shkak të zinxhirit molekular të gjatë celuloze dhe kristalitetit të lartë, ajo ka një stabilitet të fortë dhe padrejtësi.
(1) Karakteristikat e celulozës dhe vështirësia në shpërndarjen
Celuloza ka vetitë e mëposhtme që e bëjnë të vështirë shpërndarjen:
Kristaliteti i lartë: Zinxhirët molekularë të celulozës formojnë një strukturë të ngushtë grilë përmes lidhjeve të hidrogjenit dhe forcave van der Waals.
Shkalla e lartë e polimerizimit: shkalla e polimerizimit (d.m.th. gjatësia e zinxhirit molekular) të celulozës është e lartë, zakonisht duke filluar nga qindra deri në mijëra njësi glukoze, gjë që rrit qëndrueshmërinë e molekulës.
Rrjeti i lidhjes së hidrogjenit: Lidhjet e hidrogjenit janë gjerësisht të pranishme midis dhe brenda zinxhirëve molekularë celulozë, duke e bërë të vështirë shkatërrimin dhe shpërndarjen nga tretësit e përgjithshëm.
(2) Reagentët që shpërndajnë celulozën
Aktualisht, reagentët e njohur që mund të shpërndajnë në mënyrë efektive celulozën kryesisht përfshijnë kategoritë e mëposhtme:
1. Lëngjet jonike
Lëngjet jonike janë lëngje të përbëra nga katione organike dhe anione organike ose inorganike, zakonisht me paqëndrueshmëri të ulët, stabilitet të lartë termik dhe rregullueshmëri të lartë. Disa lëngje jonike mund të shpërndajnë celulozën, dhe mekanizmi kryesor është të thyejë lidhjet e hidrogjenit midis zinxhirëve molekularë celulozë. Lëngjet e zakonshme jonike që shpërndajnë celulozën përfshijnë:
1-butil-3-metilimidazolium klorur ([BMIM] CL): Ky lëng jonik shpërndan celulozë duke bashkëvepruar me lidhjet e hidrogjenit në celulozë përmes pranuesve të lidhjes së hidrogjenit.
1-etil-3-metilimidazolium acetat ([EMIM] [AC]): Ky lëng jonik mund të shpërndajë përqendrime të larta të celulozës në kushte relativisht të buta.
2. Zgjidhja e oksidantit amine
Zgjidhja e oksidantit amine siç është një zgjidhje e përzier e dietilaminës (DEA) dhe klorurit të bakrit quhet [Cu (II) -ammonium zgjidhje], e cila është një sistem i fortë tretës që mund të shpërndajë celulozën. Ai shkatërron strukturën kristal të celulozës përmes oksidimit dhe lidhjes së hidrogjenit, duke e bërë zinxhirin molekular të celulozës më të butë dhe më të tretshëm.
3. Sistemi Lithium Chloride-Dimethylacetamide (LICL-DMAC)
Sistemi LICL-DMAC (litium klorur-dimethylacetamide) është një nga metodat klasike për shpërndarjen e celulozës. LICL mund të formojë një konkurs për lidhjet e hidrogjenit, duke shkatërruar kështu rrjetin e lidhjes së hidrogjenit midis molekulave të celulozës, ndërsa DMAC si tretës mund të bashkëveprojë mirë me zinxhirin molekular celulozë.
4. Zgjidhja e klorurit të acidit hidroklorik/zinkut
Zgjidhja e klorurit të acidit hidroklorik/zinkut është një reagent i zbuluar i hershëm që mund të shpërndajë celulozën. Mund të shpërndajë celulozën duke formuar një efekt koordinimi midis klorurit të zinkut dhe zinxhirëve molekularë të celulozës, dhe acidit klorhidrik duke shkatërruar lidhjet e hidrogjenit midis molekulave të celulozës. Sidoqoftë, kjo zgjidhje është shumë korrozive për pajisjet dhe është e kufizuar në aplikimet praktike.
5. Enzimat fibrinolitike
Enzimat fibrinolitike (siç janë celulazat) shpërndajnë celulozën duke katalizuar dekompozimin e celulozës në oligosakaride më të vogla dhe monosakaride. Kjo metodë ka një gamë të gjerë të aplikacioneve në fushat e biodegradimit dhe konvertimit të biomasës, megjithëse procesi i tij i shpërbërjes nuk është plotësisht shpërbërja kimike, por arrihet përmes biokatalizës.
(3) Mekanizmi i shpërbërjes së celulozës
Reagentë të ndryshëm kanë mekanizma të ndryshëm për shpërndarjen e celulozës, por në përgjithësi ato mund t'i atribuohen dy mekanizmave kryesorë:
Shkatërrimi i lidhjeve të hidrogjenit: shkatërrimi i lidhjeve të hidrogjenit midis zinxhirëve molekularë celulozë përmes formimit konkurrues të lidhjes së hidrogjenit ose ndërveprimit jonik, duke e bërë atë të tretshëm.
Relaksimi i zinxhirit molekular: Rritja e butësisë së zinxhirëve molekularë të celulozës dhe zvogëlimi i kristalitetit të zinxhirëve molekularë përmes mjeteve fizike ose kimike, në mënyrë që ato të shpërndahen në tretës.
(4) Aplikime praktike të shpërbërjes së celulozës
Shpërndarja e celulozës ka aplikime të rëndësishme në shumë fusha:
Përgatitja e derivateve të celulozës: Pas shpërndarjes së celulozës, mund të modifikohet më tej kimikisht për të përgatitur eteret e celulozës, esteret e celulozës dhe derivatet e tjerë, të cilat përdoren gjerësisht në ushqim, ilaç, veshje dhe fusha të tjera.
Materialet me bazë celuloze: Përdorimi i celulozës së tretur, nanofibrat e celulozës, membranat celuloze dhe materialet e tjera mund të përgatiten. Këto materiale kanë veti të mira mekanike dhe biokompatibilitet.
Energjia e biomasës: Duke shpërndarë dhe degraduar celulozën, ajo mund të shndërrohet në sheqerna të fermentueshëm për prodhimin e biokarburanteve si bioethanol, i cili ndihmon në arritjen e zhvillimit dhe përdorimit të energjisë së rinovueshme.
Shpërndarja e celulozës është një proces kompleks që përfshin mekanizma të shumtë kimikë dhe fizikë. Lëngjet jonike, zgjidhjet amino oksiduese, sistemet LICL-DMAC, solucionet e klorurit të acidit hidroklorik/zinkut dhe enzimat celolitike aktualisht dihet se janë agjentë efektivë për shpërndarjen e celulozës. Secili agjent ka mekanizmin e vet unik të shpërbërjes dhe fushën e aplikimit. Me studimin e thelluar të mekanizmit të shpërbërjes së celulozës, besohet se do të zhvillohen metoda më efikase dhe miqësore me mjedisin, do të zhvillohen, duke siguruar më shumë mundësi për përdorimin dhe zhvillimin e celulozës.
Koha e Postimit: Korrik-09-2024