Tsellyuloza b-1,4-glikozid bog'lari bilan bog'langan ko'plab glyukoza birliklaridan tashkil topgan murakkab polisaxariddir. Bu o'simlik hujayra devorlarining asosiy komponenti bo'lib, o'simlik hujayra devorlariga kuchli strukturaviy yordam va mustahkamlik beradi. Uzoq tsellyuloza molekulyar zanjiri va yuqori kristalliligi tufayli u kuchli barqarorlik va erimaydigan xususiyatlarga ega.
(1) Tsellyulozaning xossalari va erish qiyinligi
Tsellyuloza eritishni qiyinlashtiradigan quyidagi xususiyatlarga ega:
Yuqori kristallik: tsellyuloza molekulyar zanjirlari vodorod aloqalari va Van der Waals kuchlari orqali qattiq panjara tuzilishini hosil qiladi.
Polimerlanishning yuqori darajasi: tsellyulozaning polimerlanish darajasi (ya'ni molekulyar zanjirning uzunligi) yuqori bo'lib, odatda yuzlab glyukoza birliklaridan minglab glyukoza birliklarini o'z ichiga oladi, bu molekulaning barqarorligini oshiradi.
Vodorod bog'lanish tarmog'i: Vodorod aloqalari tsellyuloza molekulyar zanjirlari o'rtasida va ichida keng tarqalgan bo'lib, umumiy erituvchilar tomonidan yo'q qilinishi va eritilishi qiyin.
(2) Tsellyulozani erituvchi reaktivlar
Hozirgi vaqtda tsellyulozani samarali eritishi mumkin bo'lgan ma'lum reagentlar asosan quyidagi toifalarni o'z ichiga oladi:
1. Ionli suyuqliklar
Ionli suyuqliklar - organik kationlar va organik yoki noorganik anionlardan tashkil topgan suyuqliklar, odatda past uchuvchanlik, yuqori issiqlik barqarorligi va yuqori sozlanishi. Ba'zi ionli suyuqliklar tsellyulozani eritishi mumkin va asosiy mexanizm tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasidagi vodorod aloqalarini buzishdir. Tsellyulozani erituvchi umumiy ionli suyuqliklarga quyidagilar kiradi:
1-Butil-3-metilimidazolium xlorid ([BMIM]Cl): Bu ionli suyuqlik tsellyulozadagi vodorod aloqalari bilan vodorod aloqasi qabul qiluvchilar orqali o'zaro ta'sir qilish orqali tsellyulozani eritadi.
1-Etil-3-metilimidazolium asetat ([EMIM][Ac]): Bu ionli suyuqlik nisbatan yumshoq sharoitlarda yuqori konsentratsiyali tsellyulozani eritishi mumkin.
2. Omin oksidlovchi eritmasi
Dietilamin (DEA) va mis xloridning aralash eritmasi kabi amin oksidlovchi eritmasi [Cu (II) - ammoniy eritmasi] deb ataladi, bu tsellyulozani eritishi mumkin bo'lgan kuchli erituvchi tizimdir. Oksidlanish va vodorod bog'lanishi orqali tsellyulozaning kristalli tuzilishini buzadi, tsellyuloza molekulyar zanjirini yumshoqroq va eruvchan qiladi.
3. Litiy xlorid-dimetilasetamid (LiCl-DMAc) tizimi
LiCl-DMAc (litiy xlorid-dimetilasetamid) tizimi tsellyulozani eritishning klassik usullaridan biridir. LiCl vodorod aloqalari uchun raqobat hosil qilishi mumkin, shu bilan tsellyuloza molekulalari orasidagi vodorod aloqasi tarmog'ini yo'q qiladi, hal qiluvchi sifatida DMAc esa tsellyuloza molekulyar zanjiri bilan yaxshi ta'sir o'tkazishi mumkin.
4. Xlorid kislotasi/sink xlorid eritmasi
Xlorid kislotasi/sink xlorid eritmasi tsellyulozani eritishi mumkin bo'lgan erta kashf etilgan reaktivdir. U rux xlorid va tsellyuloza molekulyar zanjirlari o'rtasida muvofiqlashtiruvchi ta'sir hosil qilib, tsellyulozani eritishi mumkin va xlorid kislotasi tsellyuloza molekulalari orasidagi vodorod aloqalarini buzadi. Biroq, bu yechim uskunalar uchun juda korroziydir va amaliy qo'llanmalarda cheklangan.
5. Fibrinolitik fermentlar
Fibrinolitik fermentlar (masalan, tsellyulozalar) tsellyulozani mayda oligosakkaridlar va monosaxaridlarga parchalanishini katalizlash orqali tsellyulozani eritadi. Ushbu usul biodegradatsiya va biomassani konversiyalash sohalarida keng qo'llanilishiga ega, garchi uning erish jarayoni to'liq kimyoviy eritma emas, balki biokataliz orqali erishiladi.
(3) Tsellyulozaning erishi mexanizmi
Turli reagentlar tsellyulozani eritishning turli mexanizmlariga ega, ammo umuman olganda ularni ikkita asosiy mexanizmga bog'lash mumkin:
Vodorod aloqalarini yo'q qilish: tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasidagi vodorod aloqalarini raqobatbardosh vodorod aloqasi yoki ionli o'zaro ta'sir orqali yo'q qilish, uni eruvchan qilish.
Molekulyar zanjirning gevşemesi: tsellyuloza molekulyar zanjirlarining yumshoqligini oshirish va molekulyar zanjirlarning kristalliligini jismoniy yoki kimyoviy vositalar orqali kamaytirish, shuning uchun ular erituvchilarda eritilishi mumkin.
(4) Tsellyuloza erishining amaliy qo'llanilishi
Tsellyuloza erishi ko'plab sohalarda muhim qo'llanmalarga ega:
Tsellyuloza hosilalarini tayyorlash: tsellyulozani eritib bo'lgach, uni oziq-ovqat, tibbiyot, qoplama va boshqa sohalarda keng qo'llaniladigan tsellyuloza efirlari, tsellyuloza efirlari va boshqa hosilalarni tayyorlash uchun kimyoviy jihatdan o'zgartirish mumkin.
Tsellyuloza asosidagi materiallar: erigan tsellyuloza, tsellyuloza nanofiberlari, tsellyuloza membranalari va boshqa materiallardan foydalanish mumkin. Ushbu materiallar yaxshi mexanik xususiyatlarga va biologik muvofiqlikka ega.
Biomassa energiyasi: tsellyulozani eritib, parchalash orqali uni qayta tiklanadigan energiyani rivojlantirish va undan foydalanishga yordam beradigan bioetanol kabi bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun fermentlangan shakarga aylantirish mumkin.
Tsellyuloza erishi ko'plab kimyoviy va fizik mexanizmlarni o'z ichiga olgan murakkab jarayondir. Hozirgi vaqtda tsellyulozani eritish uchun samarali vositalar sifatida ionli suyuqliklar, aminokislotali eritmalar, LiCl-DMAc tizimlari, xlorid kislota/sink xlorid eritmalari va tsellolitik fermentlar ma'lum. Har bir agentning o'ziga xos eritish mexanizmi va qo'llash sohasi mavjud. Tsellyulozani eritish mexanizmini chuqur o'rganish bilan tsellyulozadan foydalanish va rivojlantirish uchun ko'proq imkoniyatlarni ta'minlovchi yanada samarali va ekologik xavfsiz eritish usullari ishlab chiqiladi, deb ishoniladi.
Xabar berish vaqti: 2024 yil 09-iyul