Ang Cellulose ay isang kumplikadong polysaccharide na binubuo ng maraming mga yunit ng glucose na konektado ng β-1,4-glycosidic bond. Ito ang pangunahing sangkap ng mga pader ng cell cell at nagbibigay ng mga pader ng halaman ng cell na malakas na suporta sa istruktura at katigasan. Dahil sa mahabang cellulose molekular chain at mataas na pagkikristal, mayroon itong malakas na katatagan at kawalang -kasiyahan.
(1) Mga katangian ng cellulose at kahirapan sa pagtunaw
Ang cellulose ay may mga sumusunod na katangian na nagpapahirap na matunaw:
Mataas na pagkikristal: Ang mga cellulose molekular na kadena ay bumubuo ng isang masikip na istraktura ng sala -sala sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen at mga puwersa ng van der Waals.
Mataas na antas ng polymerization: Ang antas ng polymerization (ibig sabihin ang haba ng molekular na kadena) ng cellulose ay mataas, karaniwang mula sa daan -daang hanggang libu -libong mga yunit ng glucose, na nagdaragdag ng katatagan ng molekula.
Hydrogen Bond Network: Ang mga bono ng hydrogen ay malawak na naroroon sa pagitan at sa loob ng mga cellulose molekular na kadena, na ginagawang mahirap na masira at matunaw ng mga pangkalahatang solvent.
(2) reagents na natutunaw ang cellulose
Sa kasalukuyan, ang mga kilalang reagents na maaaring epektibong matunaw ang cellulose higit sa lahat ay kasama ang mga sumusunod na kategorya:
1. Ionic Liquids
Ang mga likidong ionic ay likido na binubuo ng mga organikong cations at organikong o hindi organikong anion, karaniwang may mababang pagkasumpungin, mataas na thermal katatagan at mataas na pagsasaayos. Ang ilang mga ionic likido ay maaaring matunaw ang cellulose, at ang pangunahing mekanismo ay upang masira ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga cellulose molekular na kadena. Ang mga karaniwang ionic na likido na natunaw ang cellulose ay kasama ang:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM] CL): Ang ionic likidong ito ay natunaw ang cellulose sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa mga bono ng hydrogen sa cellulose sa pamamagitan ng mga tumatanggap ng hydrogen bond.
1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM] [AC]): Ang likidong ionic na ito ay maaaring matunaw ang mataas na konsentrasyon ng cellulose sa ilalim ng medyo banayad na mga kondisyon.
2. Solusyon ng Oxidant ng Amine
Ang solusyon ng amine oxidant tulad ng isang halo-halong solusyon ng diethylamine (DEA) at tanso klorido ay tinatawag na [Cu (II) -ammonium solution], na kung saan ay isang malakas na sistema ng solvent na maaaring matunaw ang cellulose. Sinisira nito ang kristal na istraktura ng cellulose sa pamamagitan ng oksihenasyon at bonding ng hydrogen, na ginagawang mas malambot at mas natutunaw ang cellulose molecular chain.
3. Lithium chloride-dimethylacetamide (LICL-DMAC) system
Ang sistema ng LICL-DMAC (lithium chloride-dimethylacetamide) ay isa sa mga klasikong pamamaraan para sa pagtunaw ng cellulose. Ang LICL ay maaaring bumuo ng isang kumpetisyon para sa mga bono ng hydrogen, sa gayon ang pagsira sa network ng hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula ng cellulose, habang ang DMAC bilang isang solvent ay maaaring makipag -ugnay nang maayos sa chain ng molekular na cellulose.
4. Hydrochloric acid/zinc chloride solution
Ang hydrochloric acid/zinc chloride solution ay isang maagang natuklasan na reagent na maaaring matunaw ang cellulose. Maaari itong matunaw ang cellulose sa pamamagitan ng pagbuo ng isang epekto ng koordinasyon sa pagitan ng zinc chloride at cellulose molecular chain, at hydrochloric acid na sumisira sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng cellulose. Gayunpaman, ang solusyon na ito ay lubos na nakakaugnay sa kagamitan at limitado sa mga praktikal na aplikasyon.
5. Fibrinolytic enzymes
Ang mga fibrinolytic enzymes (tulad ng cellulases) ay matunaw ang cellulose sa pamamagitan ng pag -catalyzing ng agnas ng cellulose sa mas maliit na oligosaccharides at monosaccharides. Ang pamamaraang ito ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa larangan ng biodegradation at biomass conversion, bagaman ang proseso ng paglusaw nito ay hindi ganap na pagkabulok ng kemikal, ngunit nakamit sa pamamagitan ng biocatalysis.
(3) mekanismo ng paglusaw ng cellulose
Ang iba't ibang mga reagents ay may iba't ibang mga mekanismo para sa pagtunaw ng cellulose, ngunit sa pangkalahatan maaari silang maiugnay sa dalawang pangunahing mekanismo:
Pagkasira ng mga bono ng hydrogen: pagsira sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga cellulose molekular na kadena sa pamamagitan ng mapagkumpitensyang pagbuo ng bono ng hydrogen o pakikipag -ugnay ng ionic, ginagawa itong natutunaw.
Molecular chain relaxation: Ang pagtaas ng lambot ng mga cellulose molekular na kadena at binabawasan ang pagkikristal ng mga molekular na kadena sa pamamagitan ng pisikal o kemikal na paraan, upang maaari silang matunaw sa mga solvent.
(4) Mga praktikal na aplikasyon ng paglusaw ng cellulose
Ang paglusaw ng cellulose ay may mahahalagang aplikasyon sa maraming larangan:
Paghahanda ng mga derivatives ng cellulose: Matapos matunaw ang cellulose, maaari itong higit na mabago sa chemically upang maghanda ng mga cellulose eter, cellulose esters at iba pang mga derivatives, na malawakang ginagamit sa pagkain, gamot, coatings at iba pang mga patlang.
Mga materyales na batay sa cellulose: Ang paggamit ng natunaw na cellulose, cellulose nanofibers, cellulose membranes at iba pang mga materyales ay maaaring ihanda. Ang mga materyales na ito ay may mahusay na mga mekanikal na katangian at biocompatibility.
Enerhiya ng Biomass: Sa pamamagitan ng pagtunaw at pagpapabagal ng cellulose, maaari itong ma -convert sa mga mabubuong asukal para sa paggawa ng mga biofuel tulad ng bioethanol, na tumutulong upang makamit ang pag -unlad at paggamit ng nababagong enerhiya.
Ang paglusaw ng cellulose ay isang kumplikadong proseso na kinasasangkutan ng maraming mga mekanismo ng kemikal at pisikal. Ionic likido, amino oxidant solution, licl-DMAC system, hydrochloric acid/zinc chloride solution at cellolytic enzymes ay kasalukuyang kilala na maging epektibong ahente para sa pagtunaw ng cellulose. Ang bawat ahente ay may sariling natatanging mekanismo ng paglusaw at larangan ng aplikasyon. Sa pamamagitan ng malalim na pag-aaral ng mekanismo ng paglusaw ng cellulose, pinaniniwalaan na ang mas mahusay at kapaligiran na mga pamamaraan ng paglusaw ng kapaligiran ay bubuo, na nagbibigay ng higit pang mga posibilidad para sa paggamit at pag-unlad ng cellulose.
Oras ng Mag-post: Jul-09-2024