Sellüloza, β-1,4-qlikozidik rabitə ilə əlaqəli bir çox qlükoza vahidindən ibarət mürəkkəb bir polisaxariddir. Bitki hüceyrə divarlarının əsas komponentidir və bitki hüceyrə divarlarına güclü struktur dəstəyi və möhkəmlik verir. Uzun sellüloza molekulyar zənciri və yüksək kristallığı sayəsində güclü sabitliyə və həll olma qabiliyyətinə malikdir.
(1) Sellülozanın xüsusiyyətləri və həll olma çətinliyi
Sellüloza aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir ki, bu da onun həll olunmasını çətinləşdirir:
Yüksək kristallik: Sellüloza molekulyar zəncirləri hidrogen rabitələri və van der Waals qüvvələri vasitəsilə sıx bir qəfəs quruluşu əmələ gətirir.
Yüksək polimerləşmə dərəcəsi: Sellülozanın polimerləşmə dərəcəsi (yəni molekulyar zəncirinin uzunluğu) yüksəkdir, adətən yüzlərlə ilə minlərlə qlükoza vahidi arasında dəyişir ki, bu da molekulun sabitliyini artırır.
Hidrogen rabitəsi şəbəkəsi: Hidrogen rabitələri sellüloza molekulyar zəncirləri arasında və içərisində geniş şəkildə mövcuddur və bu da onların ümumi həlledicilər tərəfindən məhv edilməsini və həll olunmasını çətinləşdirir.
(2) Sellülozanı həll edən reagentlər
Hal-hazırda, sellülozanı effektiv şəkildə həll edə bilən məlum reagentlər əsasən aşağıdakı kateqoriyaları əhatə edir:
1. İon mayeləri
İon mayeləri, adətən aşağı dəyişkənliyə, yüksək istilik stabilliyinə və yüksək tənzimlənməyə malik üzvi kationlardan və üzvi və ya qeyri-üzvi anionlardan ibarət mayelərdir. Bəzi ion mayeləri sellülozanı həll edə bilər və əsas mexanizmi sellüloz molekulyar zəncirlər arasındakı hidrogen bağlarını qırmaqdır. Sellülozanı həll edən ümumi ion mayelərinə aşağıdakılar daxildir:
1-Butil-3-metilimidazolium xlorid ([BMIM]Cl): Bu ion mayesi, hidrogen rabitəsi akseptorları vasitəsilə sellülozadakı hidrogen rabitələri ilə qarşılıqlı təsir göstərərək sellülozanı həll edir.
1-Etil-3-metilimidazolium asetat ([EMIM][Ac]): Bu ion maye nisbətən mülayim şəraitdə yüksək konsentrasiyalı sellülozanı həll edə bilir.
2. Amin oksidləşdirici məhlul
Dietilamin (DEA) və mis xloridinin qarışıq məhlulu kimi amin oksidləşdirici məhlulu sellülozanı həll edə bilən güclü bir həlledici sistem olan [Cu(II)-ammonium məhlulu] adlanır. Oksidləşmə və hidrogen rabitəsi vasitəsilə sellülozanın kristal quruluşunu məhv edərək sellüloz molekulyar zəncirini daha yumşaq və daha həllolan edir.
3. Litium xlorid-dimetilasetamid (LiCl-DMAc) sistemi
LiCl-DMAc (litium xlorid-dimetilasetamid) sistemi sellülozanı həll etməyin klassik üsullarından biridir. LiCl hidrogen rabitələri üçün rəqabət yarada və bununla da sellüloz molekulları arasında hidrogen rabitə şəbəkəsini məhv edə bilər, DMAc isə həlledici kimi sellüloz molekulyar zənciri ilə yaxşı qarşılıqlı təsir göstərə bilər.
4. Xlorid turşusu/sink xlorid məhlulu
Xlorid turşusu/sink xlorid məhlulu sellülozanı həll edə bilən erkən kəşf edilmiş reagentdir. Sink xlorid və sellüloz molekulyar zəncirləri arasında koordinasiya effekti yaratmaqla və xlorid turşusu sellüloz molekulları arasındakı hidrogen bağlarını məhv etməklə sellülozanı həll edə bilər. Lakin, bu məhlul avadanlıq üçün yüksək dərəcədə korroziyaya uğrayır və praktik tətbiqlərdə məhduddur.
5. Fibrinolitik fermentlər
Fibrinolitik fermentlər (məsələn, sellülazalar) sellülozanın daha kiçik oliqosaxaridlərə və monosaxaridlərə parçalanmasını katalizləşdirərək sellülozanı həll edir. Bu metodun bioparçalanma və biokütlə çevrilməsi sahələrində geniş tətbiq sahəsi var, baxmayaraq ki, onun həll prosesi tamamilə kimyəvi həll olmasa da, biokataliz vasitəsilə həyata keçirilir.
(3) Sellülozanın həll olma mexanizmi
Müxtəlif reagentlərin sellülozanı həll etmək üçün fərqli mexanizmləri var, lakin ümumiyyətlə onları iki əsas mexanizmə aid etmək olar:
Hidrogen rabitələrinin məhv edilməsi: Sellüloza molekulyar zəncirləri arasındakı hidrogen rabitələrinin rəqabətli hidrogen rabitəsinin əmələ gəlməsi və ya ion qarşılıqlı təsiri yolu ilə məhv edilməsi və həll olunması.
Molekulyar zəncir relaksasiyası: Sellüloza molekulyar zəncirlərinin yumşaqlığını artırmaq və molekulyar zəncirlərin kristallığını fiziki və ya kimyəvi vasitələrlə azaltmaqla həlledicilərdə həll oluna bilər.
(4) Sellüloza həllinin praktik tətbiqləri
Sellüloza əriməsinin bir çox sahədə əhəmiyyətli tətbiqləri var:
Sellüloza törəmələrinin hazırlanması: Sellüloza həll edildikdən sonra, qida, tibb, örtüklər və digər sahələrdə geniş istifadə olunan sellüloza efirləri, sellüloza efirləri və digər törəmələri hazırlamaq üçün kimyəvi cəhətdən daha da modifikasiya edilə bilər.
Sellüloza əsaslı materiallar: Həll olunmuş sellülozdan istifadə edərək, sellüloz nanolifləri, sellüloz membranları və digər materiallar hazırlana bilər. Bu materiallar yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə və biouyğunluğa malikdir.
Biokütlə enerjisi: Sellülozu həll edib parçalamaqla, o, bərpa olunan enerjinin inkişafına və istifadəsinə kömək edən bioetanol kimi bioyanacaqların istehsalı üçün fermentasiya edilə bilən şəkərlərə çevrilə bilər.
Sellüloza həlli çoxsaylı kimyəvi və fiziki mexanizmləri əhatə edən mürəkkəb bir prosesdir. İon mayeləri, aminoksidant məhlulları, LiCl-DMAc sistemləri, xlorid turşusu/sink xlorid məhlulları və sellülolitik fermentlər hazırda sellülozanı həll etmək üçün təsirli maddələr kimi tanınır. Hər bir agentin özünəməxsus həll mexanizmi və tətbiq sahəsi var. Sellüloza həll mexanizminin dərindən öyrənilməsi ilə daha səmərəli və ekoloji cəhətdən təmiz həll üsullarının inkişaf etdiriləcəyinə və sellülozanın istifadəsi və inkişafı üçün daha çox imkanlar yaradacağına inanılır.
Yazı vaxtı: 09 İyul 2024