Celuloza është një polisaharid kompleks i përbërë nga shumë njësi glukoze të lidhura me lidhje β-1,4-glikozidike. Është përbërësi kryesor i mureve qelizore bimore dhe i jep mureve të qelizave bimore mbështetje të fortë strukturore dhe qëndrueshmëri. Për shkak të zinxhirit të gjatë molekular të celulozës dhe kristalinitetit të lartë, ka stabilitet të fortë dhe pazgjidhshmëri.
(1) Vetitë e celulozës dhe vështirësia në tretje
Celuloza ka këto veti që e bëjnë të vështirë tretjen:
Kristalinitet i lartë: Zinxhirët molekularë të celulozës formojnë një strukturë të ngushtë grilë përmes lidhjeve hidrogjenore dhe forcave van der Waals.
Shkalla e lartë e polimerizimit: Shkalla e polimerizimit (dmth gjatësia e zinxhirit molekular) e celulozës është e lartë, zakonisht varion nga qindra në mijëra njësi glukoze, gjë që rrit stabilitetin e molekulës.
Rrjeti i lidhjeve hidrogjenore: Lidhjet hidrogjenore janë gjerësisht të pranishme midis dhe brenda zinxhirëve molekularë të celulozës, duke e bërë të vështirë shkatërrimin dhe tretjen nga tretësit e përgjithshëm.
(2) Reagentët që shpërndajnë celulozën
Aktualisht, reagentët e njohur që mund të shpërndajnë në mënyrë efektive celulozën përfshijnë kryesisht 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 thyerja e lidhjeve hidrogjenore midis zinxhirëve molekularë të celulozës. Lëngjet e zakonshme jonike që shpërndajnë celulozën përfshijnë:
Klorur 1-Butil-3-metilimidazoliumi ([BMIM]Cl): Ky lëng jonik shpërndan celulozën duke ndërvepruar me lidhjet hidrogjenore në celulozë nëpërmjet pranuesve të lidhjeve hidrogjenore.
1-Etil-3-metilimidazolium acetat ([EMIM][Ac]): Ky lëng jonik mund të shpërndajë përqendrime të larta të celulozës në kushte relativisht të buta.
2. Tretësirë amine oksidante
Zgjidhja e oksidantit të aminës, siç është një tretësirë e përzier e dietilaminës (DEA) dhe klorurit të bakrit, quhet [tretësirë Cu(II)-amoniumi], i cili është një sistem i fortë tretës që mund të shpërndajë celulozën. Shkatërron strukturën kristalore të celulozës nëpërmjet oksidimit dhe lidhjes hidrogjenore, duke e bërë zinxhirin molekular të celulozës më të butë dhe më të tretshëm.
3. Sistemi i klorur litium-dimetilacetamid (LiCl-DMAc)
Sistemi LiCl-DMAc (klorur litium-dimetilacetamid) është një nga metodat klasike për tretjen e celulozës. LiCl mund të formojë një konkurrencë për lidhjet hidrogjenore, duke shkatërruar kështu rrjetin e lidhjeve hidrogjenore midis molekulave të celulozës, ndërsa DMAc si tretës mund të ndërveprojë mirë me zinxhirin molekular të celulozës.
4. Solucioni i acidit klorhidrik/klorur zinku
Zgjidhja e acidit klorhidrik/klorur zinku është një reagent i zbuluar herët që mund të shpërndajë celulozën. Ai mund të shpërndajë celulozën duke formuar një efekt koordinimi midis klorurit të zinkut dhe zinxhirëve molekularë të celulozës, dhe acidit klorhidrik duke shkatërruar lidhjet hidrogjenore midis molekulave të celulozës. Megjithatë, kjo zgjidhje është shumë korrozive për pajisjet dhe është e kufizuar në aplikime praktike.
5. Enzimat fibrinolitike
Enzimat fibrinolitike (të tilla si celulazat) shpërndajnë celulozën duke katalizuar dekompozimin e celulozës në oligosakaride dhe monosakaride më të vogla. Kjo metodë ka një gamë të gjerë aplikimesh në fushat e biodegradimit dhe shndërrimit të biomasës, megjithëse procesi i tretjes së saj nuk është shpërbërje tërësisht kimike, por arrihet nëpërmjet biokatalizimit.
(3) Mekanizmi i tretjes së celulozës
Reagentë të ndryshëm kanë mekanizma të ndryshëm për shpërbërjen e celulozës, por në përgjithësi ato mund t'i atribuohen dy mekanizmave kryesorë:
Shkatërrimi i lidhjeve hidrogjenore: Shkatërrimi i lidhjeve hidrogjenore midis zinxhirëve molekularë të celulozës nëpërmjet formimit të lidhjeve konkurruese të 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 kristalinitetit të zinxhirëve molekularë përmes mjeteve fizike ose kimike, në mënyrë që ato të treten në tretës.
(4) Zbatimet praktike të shpërbërjes së celulozës
Shpërbërja e celulozës ka aplikime të rëndësishme në shumë fusha:
Përgatitja e derivateve të celulozës: Pas tretjes së celulozës, ajo mund të modifikohet më tej kimikisht për të përgatitur eteret e celulozës, esteret e celulozës dhe derivatet e tjera, të cilat përdoren gjerësisht në ushqim, mjekësi, veshje dhe fusha të tjera.
Materialet me bazë celuloze: Duke përdorur celulozë të tretur, mund të përgatiten nanofibra celuloze, membrana celuloze dhe materiale të tjera. Këto materiale kanë veti të mira mekanike dhe biokompatibilitet.
Energjia e biomasës: Duke tretur dhe degraduar celulozën, ajo mund të shndërrohet në sheqerna të fermentueshëm për prodhimin e biokarburanteve si bioetanoli, i cili ndihmon në arritjen e zhvillimit dhe shfrytëzimit të energjisë së rinovueshme.
Shpërbërja e celulozës është një proces kompleks që përfshin mekanizma të shumtë kimikë dhe fizikë. Lëngjet jonike, tretësirat aminooksidante, sistemet LiCl-DMAc, solucionet e acidit klorhidrik/klorur zinku dhe enzimat celolitike janë aktualisht të njohura si agjentë efektivë për shpërbërjen e celulozës. Çdo agjent ka mekanizmin e vet unik të shpërbërjes dhe fushën e aplikimit. Me studimin e thelluar të mekanizmit të tretjes së celulozës, besohet se do të zhvillohen metoda më efikase dhe miqësore me mjedisin e tretjes, duke ofruar më shumë mundësi për shfrytëzimin dhe zhvillimin e celulozës.
Koha e postimit: Korrik-09-2024