Sellulose is 'n komplekse polisakkaried wat bestaan uit baie glukose-eenhede wat deur β-1,4-glikosidiese bindings verbind word. Dit is die hoofkomponent van plantselwande en gee plantselwande sterk strukturele ondersteuning en taaiheid. As gevolg van die lang sellulose molekulêre ketting en hoë kristalliniteit, het dit sterk stabiliteit en onoplosbaarheid.
(1) Eienskappe van sellulose en moeilikheid om op te los
Sellulose het die volgende eienskappe wat dit moeilik maak om op te los:
Hoë kristalliniteit: Die sellulose molekulêre kettings vorm 'n digte roosterstruktuur deur waterstofbindings en van der Waals-kragte.
Hoë polimerisasiegraad: Die polimerisasiegraad (d.w.s. die lengte van die molekulêre ketting) van sellulose is hoog, gewoonlik van honderde tot duisende glukose-eenhede, wat die stabiliteit van die molekule verhoog.
Waterstofbindingsnetwerk: Waterstofbindings is wyd teenwoordig tussen en binne sellulose molekulêre kettings, wat dit moeilik maak om deur algemene oplosmiddels vernietig en opgelos te word.
(2) Reagense wat sellulose oplos
Tans sluit die bekende reagense wat sellulose effektief kan oplos, hoofsaaklik die volgende kategorieë in:
1. Ioniese Vloeistowwe
Ioniese vloeistowwe is vloeistowwe wat bestaan uit organiese katione en organiese of anorganiese anione, gewoonlik met lae vlugtigheid, hoë termiese stabiliteit en hoë verstelbaarheid. Sommige ioniese vloeistowwe kan sellulose oplos, en die hoofmeganisme is om die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings te breek. Algemene ioniese vloeistowwe wat sellulose oplos, sluit in:
1-Butiel-3-metielimidasoliumchloried ([BMIM]Cl): Hierdie ioniese vloeistof los sellulose op deur interaksie met waterstofbindings in sellulose deur waterstofbindingsakseptore.
1-Etiel-3-metielimidasoliumasetaat ([EMIM][Ac]): Hierdie ioniese vloeistof kan hoë konsentrasies sellulose onder relatief matige toestande oplos.
2. Amienoksidantoplossing
'n Amienoksidantoplossing soos 'n gemengde oplossing van dietielamien (DEA) en koperchloried word [Cu(II)-ammoniumoplossing] genoem, wat 'n sterk oplosmiddelstelsel is wat sellulose kan oplos. Dit vernietig die kristalstruktuur van sellulose deur oksidasie en waterstofbinding, wat die sellulose-molekulêre ketting sagter en meer oplosbaar maak.
3. Litiumchloried-dimetielasetamied (LiCl-DMAc) stelsel
Die LiCl-DMAc (litiumchloried-dimetielasetamied) stelsel is een van die klassieke metodes vir die oplos van sellulose. LiCl kan 'n kompetisie vir waterstofbindings vorm, waardeur die waterstofbindingsnetwerk tussen sellulosemolekules vernietig word, terwyl DMAc as 'n oplosmiddel goed met die sellulose molekulêre ketting kan interaksie hê.
4. Soutsuur/sinkchloriedoplossing
Die soutsuur/sinkchloriedoplossing is 'n vroeg ontdekte reagens wat sellulose kan oplos. Dit kan sellulose oplos deur 'n koördineringseffek tussen sinkchloried en sellulose molekulêre kettings te vorm, en soutsuur wat die waterstofbindings tussen sellulose molekules vernietig. Hierdie oplossing is egter hoogs korrosief vir toerusting en is beperk in praktiese toepassings.
5. Fibrinolitiese ensieme
Fibrinolitiese ensieme (soos sellulases) los sellulose op deur die ontbinding van sellulose in kleiner oligosakkariede en monosakkariede te kataliseer. Hierdie metode het 'n wye reeks toepassings op die gebied van biodegradasie en biomassa-omskakeling, hoewel die ontbindingsproses nie volledig chemiese ontbinding is nie, maar deur biokatalise bereik word.
(3) Meganisme van sellulose-ontbinding
Verskillende reagense het verskillende meganismes vir die oplos van sellulose, maar oor die algemeen kan hulle aan twee hoofmeganismes toegeskryf word:
Vernietiging van waterstofbindings: Vernietiging van die waterstofbindings tussen sellulose molekulêre kettings deur mededingende waterstofbindingsvorming of ioniese interaksie, wat dit oplosbaar maak.
Molekulêre kettingontspanning: Verhoging van die sagtheid van sellulose molekulêre kettings en vermindering van die kristalliniteit van molekulêre kettings deur fisiese of chemiese middele, sodat hulle in oplosmiddels opgelos kan word.
(4) Praktiese toepassings van sellulose-ontbinding
Sellulose-ontbinding het belangrike toepassings in baie velde:
Voorbereiding van sellulosederivate: Nadat sellulose opgelos is, kan dit verder chemies gemodifiseer word om sellulose-eters, sellulose-esters en ander derivate voor te berei, wat wyd gebruik word in voedsel, medisyne, bedekkings en ander velde.
Sellulose-gebaseerde materiale: Deur opgeloste sellulose te gebruik, kan sellulose-nanovesels, sellulosemembrane en ander materiale voorberei word. Hierdie materiale het goeie meganiese eienskappe en bioversoenbaarheid.
Biomassa-energie: Deur sellulose op te los en af te breek, kan dit omgeskakel word in fermenteerbare suikers vir die produksie van biobrandstowwe soos bio-etanol, wat help om die ontwikkeling en benutting van hernubare energie te bewerkstellig.
Sellulose-ontbinding is 'n komplekse proses wat verskeie chemiese en fisiese meganismes behels. Ioniese vloeistowwe, amino-oksidantoplossings, LiCl-DMAc-stelsels, soutsuur/sinkchloriedoplossings en sellolitiese ensieme is tans bekend as effektiewe middels vir die oplos van sellulose. Elke middel het sy eie unieke ontbindingsmeganisme en toepassingsveld. Met die diepgaande studie van die sellulose-ontbindingsmeganisme word geglo dat meer doeltreffende en omgewingsvriendelike ontbindingsmetodes ontwikkel sal word, wat meer moontlikhede bied vir die benutting en ontwikkeling van sellulose.
Plasingstyd: 9 Julie 2024