Selüloz, β-1,4-glikosidik bağlarla bağlanan birçok glikoz biriminden oluşan karmaşık bir polisakkarittir. Bitki hücresi duvarlarının ana bileşenidir ve bitki hücresi duvarlarına güçlü yapısal destek ve tokluk verir. Uzun selüloz moleküler zincir ve yüksek kristallik nedeniyle, güçlü stabilite ve çözünürlüğe sahiptir.
(1) Selülozun özellikleri ve çözülmede zorluk
Selüloz, çözülmeyi zorlaştıran aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Yüksek kristallik: Selüloz moleküler zincirler, hidrojen bağları ve van der Waals kuvvetleri yoluyla sıkı bir kafes yapısı oluşturur.
Yüksek derecede polimerizasyon: Selülozun polimerizasyon derecesi (yani moleküler zincirin uzunluğu) yüksektir, genellikle molekülün stabilitesini arttıran yüzlerce binlerce glikoz birimi.
Hidrojen bağı ağı: Hidrojen bağları, selüloz moleküler zincirler arasında ve içinde yaygın olarak bulunur, bu da genel çözücüler tarafından yok edilmesini ve çözülmesini zorlaştırır.
(2) selülozu çözen reaktifler
Şu anda, selülozu etkili bir şekilde çözebilen bilinen reaktifler esas olarak aşağıdaki kategorileri içerir:
1. iyonik sıvılar
İyonik sıvılar, genellikle düşük uçucu, yüksek termal stabilite ve yüksek ayarlanabilirlik ile organik katyonlar ve organik veya inorganik anyonlardan oluşan sıvılardır. Bazı iyonik sıvılar selülozu çözebilir ve ana mekanizma hidrojen bağlarını selüloz moleküler zincirler arasındaki kırmaktır. Selülozu çözen yaygın iyonik sıvılar şunları içerir:
1-butil-3-metilimidazolyum klorür ([BMIM] Cl): Bu iyonik sıvı, hidrojen bağı alıcıları yoluyla selülozdaki hidrojen bağları ile etkileşime girerek selülozu çözer.
1-etil-3-metilimidazolyum asetat ([EMIM] [AC]): Bu iyonik sıvı, nispeten hafif koşullar altında yüksek helüloz konsantrasyonlarını çözebilir.
2. Amin oksidan çözeltisi
Karışık dietilamin (DEA) ve bakır klorür çözeltisi gibi amin oksidan çözeltisine, selülozu çözebilen güçlü bir çözücü sistemi olan [Cu (II)-amonyum çözeltisi] denir. Selülozun kristal yapısını oksidasyon ve hidrojen bağı yoluyla yok eder, selüloz moleküler zinciri daha yumuşak ve daha çözünür hale getirir.
3. Lityum klorür-dimetilasetamid (LICL-DMAC) sistemi
LICL-DMAC (lityum klorür-dimetilasetamid) sistemi, selülozun çözülmesi için klasik yöntemlerden biridir. LICL hidrojen bağları için bir rekabet oluşturabilir, böylece selüloz molekülleri arasındaki hidrojen bağı ağını yok ederken, bir çözücü olarak DMAC selüloz moleküler zincirle iyi etkileşime girebilir.
4 Hidroklorik asit/çinko klorür çözeltisi
Hidroklorik asit/çinko klorür çözeltisi, selülozu çözebilen erken keşfedilen bir reaktiftir. Selülozu çinko klorür ve selüloz moleküler zincirler arasında bir koordinasyon etkisi ve hidroklorik asit oluşturarak selüloz molekülleri arasındaki hidrojen bağlarını yok ederek çözebilir. Bununla birlikte, bu çözüm ekipman için oldukça aşındırıcıdır ve pratik uygulamalarda sınırlıdır.
5. Fibrinolitik enzimler
Fibrinolitik enzimler (selülazlar gibi) selülozun daha küçük oligosakkaritlere ve monosakkaritlere ayrışmasını katalize ederek selülozu çözer. Bu yöntem, biyodegradasyon ve biyokütle dönüşümü alanlarında çok çeşitli uygulamalara sahiptir, ancak çözünme işlemi tamamen kimyasal çözünme değildir, ancak biyokatalizle elde edilir.
(3) Selüloz çözünme mekanizması
Farklı reaktiflerin selülozu çözmek için farklı mekanizmaları vardır, ancak genel olarak iki ana mekanizmaya atfedilebilirler:
Hidrojen bağlarının yok edilmesi: Rekabetçi hidrojen bağı oluşumu veya iyonik etkileşimi yoluyla selüloz moleküler zincirler arasındaki hidrojen bağlarının yok edilmesi, çözünür hale getirir.
Moleküler zincir gevşemesi: selüloz moleküler zincirlerin yumuşaklığını arttırmak ve moleküler zincirlerin kristalliğini fiziksel veya kimyasal yollarla azaltmak, böylece çözücüler içinde çözülebilmeleri.
(4) Selüloz çözünmesinin pratik uygulamaları
Selüloz çözünmesinin birçok alanda önemli uygulamaları vardır:
Selüloz türevlerinin hazırlanması: Selülozun çözüldükten sonra, gıda, ilaç, kaplamalar ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılan selüloz eterleri, selüloz esterleri ve diğer türevleri hazırlamak için kimyasal olarak modifiye edilebilir.
Selüloz bazlı malzemeler: Çözünmüş selüloz, selüloz nanofiberler, selüloz membranlar ve diğer malzemeler kullanılarak hazırlanabilir. Bu malzemeler iyi mekanik özelliklere ve biyouyumlanabilirliğe sahiptir.
Biyokütle Enerjisi: Selülozun çözündürülmesi ve bozulmasıyla, yenilenebilir enerjinin geliştirilmesine ve kullanılmasına yardımcı olan biyoetanol gibi biyoyakıt üretimi için fermente edilebilir şekerlere dönüştürülebilir.
Selüloz çözünmesi, çoklu kimyasal ve fiziksel mekanizmaları içeren karmaşık bir süreçtir. İyonik sıvılar, amino oksidan çözeltiler, LICL-DMAC sistemleri, hidroklorik asit/çinko klorür çözeltileri ve hücresitik enzimlerin şu anda selülozun çözünmesi için etkili ajanlar olduğu bilinmektedir. Her ajanın kendine özgü çözünme mekanizması ve uygulama alanı vardır. Selüloz çözünme mekanizmasının derinlemesine incelenmesiyle, selülozun kullanılması ve gelişimi için daha fazla olasılık sağlayan daha verimli ve çevre dostu çözünme yöntemlerinin geliştirileceğine inanılmaktadır.
Gönderme Zamanı: Tem-09-2024