Целулоза је сложени полисахарид састављен од многих глукозних јединица повезаних са β-1,4-гликозидским обвезницама. То је главна компонента биљних ћелијских зидова и даје биљне ћелијске зидове снажна структурална подршка и жилавост. Због дугог молекуларног ланца целулозе и високе кристалности, има снажну стабилност и изолацију.
(1) Својства целулозе и потешкоће у растварања
Целулоза има следећа својства која отежавају раствор:
Висока кристалност: Молекуларни ланци целулозе чине уску структуру решетке кроз водоничне везе и снаге Ван дер Ваалс-а.
Висок степен полимеризације: Степен полимеризације (тј. Дужина молекуларног ланца) целулозе је висок, обично се креће од стотина до хиљада глукозних јединица, што повећава стабилност молекула.
Мрежа водоника везе: водонични обвезнице су широко присутне између и унутар молекуларних ланаца целулозе, што отежавају уништене и растворене од стране општих растварача.
(2) реагенси који растварају целулозу
Тренутно познати реагенси који могу ефикасно растворити целулозу углавном укључују следеће категорије:
1. јонске течности
Ионске течности су течности сачињене од органских катиона и органских или неорганских анија, обично са ниском волатилношћу, високом топлотном стабилношћу и великом прилагодљивошћу. Неке јонске течности могу растворити целулозу, а главни механизам је разбијање водоника између молекуларних ланаца целулозе. Заједничке јонске течности које растворују целулозу укључују:
1-бутил-3-метилимидазолијум хлорид ([БМИМ] ЦЛ): Ова јонска течност раствара целулозу интеракцијом са водоничним везама у целулози кроз прихватање водоничних обвезница.
1-етил-3-метилимидазолијум ацетат ([ЕМИМ] [АЦ]): Ова јонска течност може растворити високе концентрације целулозе под релативно благим условима.
2 Амине Оксидантно решење
Амински раствор оксиданте као што је мешовито раствор диетиламина (ДЕА) и бакар хлорида назива се [ЦУ (ИИ) -аммониум раствор], што је снажан систем растварача који може да раствори целулозу. Уништава кристалну структуру целулозе кроз оксидацију и водонични вез, чинећи молекуларну ланац целулозе мекше и растворљивије.
3. Систем литијум-хлорида-диметилацетамида (ЛИЦЛ-ДМАЦ)
Лицл-ДМАЦ (литијум хлорид-диметилацетамид) је једна од класичних метода за растварање целулозе. ЛИЦЛ може да формира конкурс за водоничне везе, чиме је уништава мрежу водоника између целулозних молекула, док ДМАЦ као растварач може добро комуницирати са молекуларним ланцем целулозе.
4. раствор хлороводоничне киселине / цинк хлорид
Раствор хлороводоничне киселине / цинк хлорида је рани откривен реагенс који може да раствори целулозу. Може растворити целулозу формирањем координације између цинков-молекуларних ланаца и молекуларних ланаца и хлороводоничне киселине уништава водоничне везе између молекула целулозе. Међутим, ово решење је високо корозивно за опрему и ограничен је у практичним апликацијама.
5. Фибринолитички ензими
Фибринолитички ензими (као што су целуласе) растварају целулозу катализацијом распадање целулозе у мање олигосахариде и моносахариде. Ова метода има широк спектар примене у областима биоразградње и конверзије биомасе, иако његов процес растварања није потпуно хемијски растварање, већ се постиже биокатализом.
(3) Механизам распуштања целулозе
Различити реагенси имају различите механизме за растварање целулозе, али уопште се могу приписати два главна механизма:
Уништавање водоника: уништавање водоника између молекуларних ланаца целулозе кроз конкурентну формацију водоника или јонске интеракције, чинећи га растворљивим.
Опуштање молекуларног ланца: Повећање мекоће молекуларних ланаца и смањење кристалности молекуларних ланаца физичким или хемијским средствима, тако да се могу растворити у растварачима.
(4) Практичне примене распуштања целулозе
Распуштање целулозе има важне примене у многим областима:
Припрема деривата целулозе: Након растварања целулозе, може се даље хемијски модификовати како би припремила целулозне етере, целулозне естере и друге деривате, који се широко користе у храни, леку, премазима и другим пољима.
Материјали засновани на целулозу: Коришћење растворених целулоза, целулозне нанофибере, целулозне мембране и други материјали могу се припремити. Ови материјали имају добра механичка својства и биокомпатибилност.
Енергија биомасе: растварањем и понижавајућим целулозом може се претворити у ферментациони шећери за производњу биогорива као што је биоетанол, који помаже у постизању развоја и коришћења обновљиве енергије.
Распуштање целулозе је сложен процес који укључује више хемијских и физичких механизама. Јонске течности, амино оксидантна решења, Лицл-ДМАЦ системи, хлороводонична киселина / цинк хлорид раствори и целолитички ензими су ефикасни агенти за растварање целулозе. Сваки агент има свој јединствени механизам за растварање и поље за пријаву. Са дубинским истраживањем механизма за раскид целулозе, верује се да ће се развијати ефикаснији и еколошки прихватљивији методе распадања, пружајући више могућности за коришћење и развој целулозе.
Вријеме поште: ЈУЛ-09-2024