Cellulosa är en komplex polysackarid som består av många glukosenheter kopplade med p-1,4-glykosidbindningar. Det är huvudkomponenten i växtcellväggar och ger växtcellväggar starkt strukturellt stöd och seghet. På grund av den långa cellulosa molekylkedjan och hög kristallinitet har den stark stabilitet och insolubleness.
(1) Egenskaper hos cellulosa och svårigheter att lösa
Cellulosa har följande egenskaper som gör det svårt att lösa upp:
Hög kristallinitet: Cellulosamolekylkedjorna bildar en tät gitterstruktur genom vätebindningar och van der Waals -krafter.
Hög grad av polymerisation: graden av polymerisation (dvs. längden på molekylkedjan) av cellulosa är hög, vanligtvis från hundratals till tusentals glukosenheter, vilket ökar molekylens stabilitet.
Vätebindningsnätverk: Vätebindningar finns allmänt mellan och inom cellulosa molekylkedjor, vilket gör det svårt att förstöras och upplöstes av allmänna lösningsmedel.
(2) reagens som löser upp cellulosa
För närvarande inkluderar de kända reagensen som effektivt löser upp cellulosa främst följande kategorier:
1. Joniska vätskor
Joniska vätskor är vätskor som består av organiska katjoner och organiska eller oorganiska anjoner, vanligtvis med låg volatilitet, hög termisk stabilitet och hög justerbarhet. Vissa jonvätskor kan lösa upp cellulosa, och huvudmekanismen är att bryta vätebindningarna mellan cellulosa molekylkedjor. Vanliga jonvätskor som löser upp cellulosa inkluderar:
1-butyl-3-metylimidazoliumklorid ([BMIM] CL): Denna joniska vätska löser upp cellulosa genom att interagera med vätebindningar i cellulosa genom vätebindnings acceptorer.
1-etyl-3-metylimidazoliumacetat ([EMIM] [AC]): Denna jonvätska kan lösa upp höga koncentrationer av cellulosa under relativt milda förhållanden.
2. Aminoxidationslösning
Aminoxidationslösning såsom en blandad lösning av dietylamin (DEA) och kopparklorid kallas [Cu (II) -AMMONIUM-lösning], som är ett starkt lösningsmedelssystem som kan lösa upp cellulosa. Det förstör kristallstrukturen hos cellulosa genom oxidation och vätebindning, vilket gör cellulosa molekylkedjan mjukare och mer löslig.
3. Litiumklorid-dimetylacetamid (LICL-DMAC) -system
LICL-DMAC (litiumklorid-dimetylacetamid) är en av de klassiska metoderna för att lösa cellulosa. LICL kan bilda en konkurrens om vätebindningar och därmed förstöra vätebindningsnätverket mellan cellulosamolekyler, medan DMAC som lösningsmedel kan interagera väl med cellulosa molekylkedjan.
4. Saltsyra/zinkkloridlösning
Saltsyra/zinkkloridlösningen är ett tidigt upptäckt reagens som kan lösa upp cellulosa. Det kan lösa upp cellulosa genom att bilda en koordinationseffekt mellan zinkklorid och cellulosamolekylkedjor och saltsyra som förstör vätebindningarna mellan cellulosamolekyler. Denna lösning är emellertid mycket frätande för utrustning och är begränsad i praktiska tillämpningar.
5. Fibrinolytiska enzymer
Fibrinolytiska enzymer (såsom cellulaser) löser upp cellulosa genom att katalysera nedbrytningen av cellulosa i mindre oligosackarider och monosackarider. Denna metod har ett brett utbud av tillämpningar inom områdena biologisk nedbrytning och omvandling av biomassa, även om dess upplösningsprocess inte är helt kemisk upplösning, utan uppnås genom biokatalys.
(3) Mekanism för cellulosupplösning
Olika reagens har olika mekanismer för att lösa cellulosa, men i allmänhet kan de tillskrivas två huvudmekanismer:
Förstörelse av vätebindningar: förstöra vätebindningarna mellan cellulosa molekylkedjor genom konkurrerande vätebindningsbildning eller jonisk interaktion, vilket gör den löslig.
Molekylär kedjeavslappning: Öka mjukheten hos cellulosa molekylkedjor och minska kristalliniteten hos molekylkedjor genom fysiska eller kemiska medel, så att de kan lösas i lösningsmedel.
(4) Praktiska tillämpningar av cellulosaupplösning
Cellulosa upplösning har viktiga tillämpningar inom många områden:
Beredning av cellulosaderivat: Efter upplösning av cellulosa kan det modifieras ytterligare kemiskt för att framställa cellulosaetrar, cellulosaestrar och andra derivat, som används allmänt i mat, medicin, beläggningar och andra fält.
Cellulosebaserade material: Användning av upplöst cellulosa, cellulosa nanofibrer, cellulosamembran och andra material kan framställas. Dessa material har goda mekaniska egenskaper och biokompatibilitet.
Biomassenergi: Genom att lösa och förnedra cellulosa kan den omvandlas till jäsbara sockerarter för produktion av biobränslen såsom bioetanol, vilket hjälper till att uppnå utveckling och utnyttjande av förnybar energi.
Cellulosa upplösning är en komplex process som involverar flera kemiska och fysiska mekanismer. Joniska vätskor, amino-oxidantlösningar, LICL-DMAC-system, saltsyra/zinkkloridlösningar och cellolytiska enzymer är för närvarande kända för att vara effektiva medel för att lösa cellulosa. Varje agent har sin egen unika upplösningsmekanism och applikationsfält. Med en djupgående studie av cellulosavelningsmekanismen tros det att mer effektiva och miljövänliga upplösningsmetoder kommer att utvecklas, vilket ger fler möjligheter för användning och utveckling av cellulosa.
Posttid: JUL-09-2024