Целюлоза-це складний полісахарид, що складається з багатьох глюкозних одиниць, пов'язаних з β-1,4-глікозидними зв’язками. Він є основним компонентом клітинних стінок рослин і надає клітинні стінки рослинні стінки міцної структурної підтримки та міцності. Через довгу целюлозну молекулярну ланцюг та високу кристалічність він має сильну стабільність та інноусти.
(1) Властивості целюлози та труднощі при розчині
Целюлоза має такі властивості, які ускладнюють розчинення:
Висока кристалічність: Молекулярні ланцюги целюлози утворюють щільну структуру решітки через водневі зв’язки та сили Ван дер Ваальса.
Висока ступінь полімеризації: ступінь полімеризації (тобто довжина молекулярної ланцюга) целюлози висока, як правило, від сотень до тисяч одиниць глюкози, що підвищує стабільність молекули.
Мережа водневих зв’язків: водневі зв’язки широко присутні між молекулярними ланцюгами целюлози та в межах, що ускладнює знищення та розчинення загальними розчинниками.
(2) Реагенти, що розчиняють целюлозу
В даний час відомі реагенти, які можуть ефективно розчиняти целюлозу, в основному включають такі категорії:
1. Іонні рідини
Іонні рідини - це рідини, що складаються з органічних катіонів та органічних або неорганічних аніонів, як правило, з низькою мінливістю, високою термічною стійкістю та високою регулюванням. Деякі іонні рідини можуть розчиняти целюлозу, а основним механізмом є порушення водневих зв’язків між молекулярними ланцюгами целюлози. Поширені іонні рідини, що розчиняють целюлозу, включають:
1-бутіл-3-метилімідазолій хлорид ([BMIM] CL): ця іонна рідина розчиняє целюлозу шляхом взаємодії з водневими зв’язками в целюлозі через акцептори водневих зв’язків.
1-етил-3-метилімідазолій ацетат ([EMIM] [AC]): Ця іонна рідина може розчиняти високі концентрації целюлози в відносно легких умовах.
2. Амінний окислювальний розчин
Аміновий окислювальний розчин, такий як змішаний розчин діетиламіну (DEA) та хлориду міді [Cu (II) -Ммонієвий розчин], який є сильною системою розчинника, яка може розчиняти целюлозу. Він руйнує кристалічну структуру целюлози шляхом окислення та водневого зв’язку, роблячи молекулярну ланцюг целюлози м'якшим і більш розчинним.
3. Система літію хлориду-диметиацетаміду (LICL-DMAC)
Система LICL-DMAC (літієвий хлорид-диметиацетамід) є одним із класичних методів розчинення целюлози. LICL може формувати конкуренцію за водневі зв’язки, тим самим знищуючи мережу водневих зв’язків між молекулами целюлози, тоді як DMAC як розчинник може добре взаємодіяти з молекулярною ланцюгом целюлози.
4. Розчин хлориду соляної кислоти/цинку
Розчин хлориду соляної кислоти/цинку - це ранньо виявлений реагент, який може розчиняти целюлозу. Він може розчиняти целюлозу, утворюючи координаційний ефект між хлоридом цинку та молекулярними ланцюгами целюлози, і соляною кислотою, що руйнує водневі зв’язки між молекулами целюлози. Однак це рішення є дуже корозійним для обладнання та обмежене практичним застосуванням.
5. Фібринолітичні ферменти
Фібринолітичні ферменти (такі як целюлази) розчиняють целюлозу шляхом каталізації розкладання целюлози на менші олігосахариди та моносахариди. Цей метод має широкий спектр застосувань у полях біодеградації та перетворення біомаси, хоча процес її розчинення не є повністю хімічним розчиненням, але досягається за допомогою біокаталізу.
(3) Механізм розчинення целюлози
Різні реагенти мають різні механізми розчинення целюлози, але в цілому їх можна віднести до двох основних механізмів:
Руйнування водневих зв’язків: руйнування водневих зв’язків між молекулярними ланцюгами целюлози за допомогою конкурентного утворення водневих зв’язків або іонної взаємодії, що робить його розчинним.
Молекулярна релаксація ланцюга: підвищення м'якості молекулярних ланцюгів целюлози та зменшення кристалічності молекулярних ланцюгів за допомогою фізичних або хімічних засобів, щоб їх можна було розчинити в розчинниках.
(4) Практичне застосування розчинення целюлози
Розчинення целюлози має важливе застосування у багатьох полях:
Підготовка похідних целюлози: Після розчинення целюлози її можна додатково хімічно модифікувати для приготування ефірів целюлози, ефірів целюлози та інших похідних, які широко використовуються в їжі, медицині, покритті та інших полях.
Матеріали на основі целюлози: Використання розчиненої целюлози, целюлозних нановолокон, целюлозних мембран та інших матеріалів. Ці матеріали мають хороші механічні властивості та біосумісність.
Енергія біомаси: Розчиняючи та деградуєте целюлозу, вона може бути перетворена на ферментовані цукри для виробництва біопалива, таких як біоетанол, що допомагає досягти розвитку та використання відновлюваної енергії.
Розчинення целюлози - це складний процес, що включає безліч хімічних та фізичних механізмів. Іонні рідини, амінокисні розчини, системи LICL-DMAC, розчини хлориду соляної кислоти/цинку та целітичні ферменти в даний час є ефективними засобами для розчинення целюлози. Кожен агент має свій унікальний механізм розчинення та поле застосування. При поглибленому дослідженні механізму розчинення целюлози вважається, що буде розроблено більш ефективні та екологічно чисті методи розчинення, що забезпечує більше можливостей для використання та розвитку целюлози.
Час посади: липень-09-2024