Selulosi ni polysaccharide changamano inayojumuisha vitengo vingi vya glukosi vilivyounganishwa na vifungo vya β-1,4-glycosidic. Ni sehemu kuu ya kuta za seli za mmea na hupa kuta za seli za mmea msaada wa kimuundo na ugumu. Kwa sababu ya mnyororo mrefu wa molekuli ya selulosi na fuwele ya juu, ina utulivu mkubwa na kutoyeyuka.
(1) Sifa za selulosi na ugumu wa kuyeyusha
Cellulose ina sifa zifuatazo ambazo hufanya iwe vigumu kufuta:
Umevu wa hali ya juu: Minyororo ya molekuli ya selulosi huunda muundo wa kimiani unaobana kupitia vifungo vya hidrojeni na nguvu za van der Waals.
Kiwango cha juu cha upolimishaji: Kiwango cha upolimishaji (yaani urefu wa mnyororo wa molekuli) wa selulosi ni kubwa, kwa kawaida huanzia mamia hadi maelfu ya vitengo vya glukosi, ambayo huongeza uthabiti wa molekuli.
Mtandao wa dhamana ya hidrojeni: Vifungo vya hidrojeni vinapatikana kwa wingi kati na ndani ya minyororo ya molekuli ya selulosi, hivyo kufanya iwe vigumu kuharibiwa na kuyeyushwa na vimumunyisho vya jumla.
(2) Vitendanishi vinavyoyeyusha selulosi
Hivi sasa, vitendanishi vinavyojulikana ambavyo vinaweza kufuta selulosi kwa ufanisi ni pamoja na aina zifuatazo:
1. Ionic Liquids
Vimiminika vya ioni ni vimiminika vinavyojumuisha kani za kikaboni na anions za kikaboni au isokaboni, kwa kawaida zenye tetemeko la chini, uthabiti wa juu wa mafuta na urekebishaji wa hali ya juu. Baadhi ya vimiminika vya ioni vinaweza kuyeyusha selulosi, na utaratibu mkuu ni kuvunja vifungo vya hidrojeni kati ya minyororo ya molekuli ya selulosi. Vimiminika vya kawaida vya ionic ambavyo huyeyusha selulosi ni pamoja na:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): Kioevu hiki cha ioni huyeyusha selulosi kwa kuingiliana na vifungo vya hidrojeni kwenye selulosi kupitia vipokezi vya bondi ya hidrojeni.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Kioevu hiki cha ayoni kinaweza kuyeyusha viwango vya juu vya selulosi chini ya hali ya wastani.
2. Suluhisho la kioksidishaji cha amini
Mmumunyo wa kioksidishaji wa amini kama vile myeyusho mchanganyiko wa diethylamine (DEA) na kloridi ya shaba huitwa [Cu(II)-ammonium solution], ambao ni mfumo dhabiti wa kutengenezea ambao unaweza kuyeyusha selulosi. Inaharibu muundo wa fuwele wa selulosi kwa njia ya oxidation na kuunganisha hidrojeni, na kufanya mnyororo wa molekuli ya selulosi kuwa laini na mumunyifu zaidi.
3. Mfumo wa kloridi ya lithiamu-dimethylacetamide (LiCl-DMAC).
Mfumo wa LiCl-DMAC (lithiamu kloridi-dimethylacetamide) ni mojawapo ya mbinu za kawaida za kuyeyusha selulosi. LiCl inaweza kuunda shindano la vifungo vya hidrojeni, na hivyo kuharibu mtandao wa dhamana ya hidrojeni kati ya molekuli za selulosi, wakati DMAc kama kiyeyusho inaweza kuingiliana vyema na mnyororo wa molekuli ya selulosi.
4. Suluhisho la kloridi ya hidrokloriki / zinki
Suluhisho la asidi hidrokloriki/kloridi ya zinki ni kitendanishi kilichogunduliwa mapema ambacho kinaweza kuyeyusha selulosi. Inaweza kuyeyusha selulosi kwa kutengeneza athari ya uratibu kati ya kloridi ya zinki na minyororo ya molekuli ya selulosi, na asidi hidrokloriki kuharibu vifungo vya hidrojeni kati ya molekuli za selulosi. Hata hivyo, suluhisho hili ni babuzi sana kwa vifaa na ni mdogo katika matumizi ya vitendo.
5. Enzymes ya Fibrinolytic
Vimeng'enya vya fibrinolitiki (kama vile selulasi) huyeyusha selulosi kwa kuchochea mtengano wa selulosi kuwa oligosakaridi ndogo na monosakaridi. Njia hii ina anuwai ya matumizi katika nyanja za uharibifu wa viumbe na ubadilishaji wa biomasi, ingawa mchakato wake wa kufutwa sio kufutwa kabisa kwa kemikali, lakini hupatikana kupitia biocatalysis.
(3) Utaratibu wa kufutwa kwa selulosi
Vitendanishi tofauti vina njia tofauti za kuyeyusha selulosi, lakini kwa ujumla zinaweza kuhusishwa na njia kuu mbili:
Uharibifu wa vifungo vya hidrojeni: Kuharibu vifungo vya hidrojeni kati ya minyororo ya molekuli ya selulosi kupitia uundaji wa dhamana ya hidrojeni au mwingiliano wa ioni, na kuifanya mumunyifu.
Kulegea kwa mnyororo wa molekuli: Kuongeza ulaini wa minyororo ya molekuli ya selulosi na kupunguza ung'aavu wa minyororo ya molekuli kupitia njia za kimwili au kemikali, ili ziweze kuyeyushwa katika vimumunyisho.
(4) Vitendo maombi ya selulosi kufariki
Ufutaji wa selulosi una matumizi muhimu katika nyanja nyingi:
Maandalizi ya derivatives ya selulosi: Baada ya kufuta selulosi, inaweza kubadilishwa zaidi kwa kemikali ili kuandaa etha za selulosi, esta za selulosi na derivatives nyingine, ambazo hutumiwa sana katika chakula, dawa, mipako na nyanja nyingine.
Nyenzo zenye msingi wa selulosi: Kwa kutumia selulosi iliyoyeyushwa, nanofiber za selulosi, utando wa selulosi na vifaa vingine vinaweza kutayarishwa. Nyenzo hizi zina mali nzuri ya mitambo na utangamano wa kibaolojia.
Nishati ya mimea: Kwa kuyeyusha na kuharibu selulosi, inaweza kubadilishwa kuwa sukari inayoweza kuchachuka kwa ajili ya kuzalisha nishati ya mimea kama vile bioethanol, ambayo husaidia kufikia maendeleo na matumizi ya nishati mbadala.
Muyeyusho wa selulosi ni mchakato mgumu unaohusisha taratibu nyingi za kemikali na kimwili. Vimiminika vya ioni, miyeyusho ya vioksidishaji amino, mifumo ya LiCl-DMAc, miyeyusho ya kloridi ya hidrokloriki/zinki na vimeng'enya vya sellolitiki kwa sasa vinajulikana kuwa mawakala madhubuti wa kuyeyusha selulosi. Kila wakala ana utaratibu wake wa kipekee wa kufutwa na uwanja wa maombi. Kwa uchunguzi wa kina wa utaratibu wa kufutwa kwa selulosi, inaaminika kuwa njia bora zaidi na za kirafiki za kufuta zitatengenezwa, kutoa uwezekano zaidi wa matumizi na maendeleo ya selulosi.
Muda wa kutuma: Jul-09-2024