સેલ્યુલોઝ ઓગળતો રીએજન્ટ કયો છે?

સેલ્યુલોઝ એ એક જટિલ પોલિસેકરાઇડ છે જે β-1,4-ગ્લાયકોસિડિક બોન્ડ દ્વારા જોડાયેલા ઘણા ગ્લુકોઝ એકમોથી બનેલું છે. તે છોડની કોષ દિવાલોનો મુખ્ય ઘટક છે અને છોડની કોષ દિવાલોને મજબૂત માળખાકીય ટેકો અને કઠિનતા આપે છે. લાંબી સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળ અને ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતાને કારણે, તે મજબૂત સ્થિરતા અને અદ્રાવ્યતા ધરાવે છે.

(1) સેલ્યુલોઝના ગુણધર્મો અને ઓગળવામાં મુશ્કેલી

સેલ્યુલોઝમાં નીચેના ગુણધર્મો છે જે તેને ઓગળવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે:

ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા: સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળો હાઇડ્રોજન બોન્ડ અને વાન ડેર વાલ્સ બળ દ્વારા એક ચુસ્ત જાળી માળખું બનાવે છે.

પોલિમરાઇઝેશનની ઉચ્ચ ડિગ્રી: સેલ્યુલોઝના પોલિમરાઇઝેશનની ડિગ્રી (એટલે ​​કે પરમાણુ સાંકળની લંબાઈ) ઊંચી હોય છે, સામાન્ય રીતે સેંકડોથી હજારો ગ્લુકોઝ યુનિટ સુધીની હોય છે, જે પરમાણુની સ્થિરતામાં વધારો કરે છે.

હાઇડ્રોજન બોન્ડ નેટવર્ક: હાઇડ્રોજન બોન્ડ સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સની વચ્ચે અને અંદર વ્યાપકપણે હાજર હોય છે, જેના કારણે સામાન્ય દ્રાવકો દ્વારા તેનો નાશ અને વિસર્જન મુશ્કેલ બને છે.

(2) સેલ્યુલોઝ ઓગાળી નાખતા રીએજન્ટ્સ

હાલમાં, સેલ્યુલોઝને અસરકારક રીતે ઓગાળી શકે તેવા જાણીતા રીએજન્ટ્સમાં મુખ્યત્વે નીચેની શ્રેણીઓનો સમાવેશ થાય છે:

1. આયોનિક પ્રવાહી

આયોનિક પ્રવાહી એ કાર્બનિક કેશન અને કાર્બનિક અથવા અકાર્બનિક આયનોથી બનેલા પ્રવાહી છે, સામાન્ય રીતે ઓછી અસ્થિરતા, ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ગોઠવણક્ષમતા સાથે. કેટલાક આયોનિક પ્રવાહી સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે, અને મુખ્ય પદ્ધતિ સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળો વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બંધને તોડવાની છે. સેલ્યુલોઝને ઓગાળી દેતા સામાન્ય આયોનિક પ્રવાહીમાં શામેલ છે:

1-બ્યુટાઇલ-3-મેથિલિમિડાઝોલિયમ ક્લોરાઇડ ([BMIM]Cl): આ આયનીય પ્રવાહી હાઇડ્રોજન બોન્ડ સ્વીકારનારાઓ દ્વારા સેલ્યુલોઝમાં હાઇડ્રોજન બોન્ડ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળી નાખે છે.

1-ઇથિલ-3-મેથિલિમિડાઝોલિયમ એસિટેટ ([EMIM][Ac]): આ આયનીય પ્રવાહી પ્રમાણમાં હળવી પરિસ્થિતિઓમાં સેલ્યુલોઝની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ઓગાળી શકે છે.

2. એમાઇન ઓક્સિડન્ટ સોલ્યુશન
ડાયેથિલામાઇન (DEA) અને કોપર ક્લોરાઇડના મિશ્ર દ્રાવણ જેવા એમાઇન ઓક્સિડન્ટ દ્રાવણને [Cu(II)-એમોનિયમ દ્રાવણ] કહેવામાં આવે છે, જે એક મજબૂત દ્રાવક પ્રણાલી છે જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે. તે ઓક્સિડેશન અને હાઇડ્રોજન બંધન દ્વારા સેલ્યુલોઝની સ્ફટિક રચનાનો નાશ કરે છે, જેનાથી સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળ નરમ અને વધુ દ્રાવ્ય બને છે.

૩. લિથિયમ ક્લોરાઇડ-ડાયમેથિલેસેટામાઇડ (LiCl-DMAc) સિસ્ટમ
સેલ્યુલોઝ ઓગળવા માટેની ક્લાસિક પદ્ધતિઓમાંની એક LiCl-DMAc (લિથિયમ ક્લોરાઇડ-ડાયમેથિલેસેટામાઇડ) સિસ્ટમ છે. LiCl હાઇડ્રોજન બોન્ડ માટે સ્પર્ધા બનાવી શકે છે, જેનાથી સેલ્યુલોઝ પરમાણુઓ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બોન્ડ નેટવર્કનો નાશ થાય છે, જ્યારે દ્રાવક તરીકે DMAc સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળ સાથે સારી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે.

૪. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડનું દ્રાવણ
હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડ દ્રાવણ એ એક પ્રારંભિક શોધાયેલ રીએજન્ટ છે જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે. તે ઝીંક ક્લોરાઇડ અને સેલ્યુલોઝ પરમાણુ સાંકળો વચ્ચે સંકલન અસર બનાવીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે, અને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ સેલ્યુલોઝ પરમાણુઓ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બંધનો નાશ કરે છે. જો કે, આ દ્રાવણ સાધનો માટે ખૂબ જ કાટ લાગતું હોય છે અને વ્યવહારિક ઉપયોગમાં મર્યાદિત છે.

5. ફાઇબ્રિનોલિટીક ઉત્સેચકો
ફાઇબ્રિનોલિટીક ઉત્સેચકો (જેમ કે સેલ્યુલેસ) સેલ્યુલોઝના વિઘટનને નાના ઓલિગોસેકરાઇડ્સ અને મોનોસેકરાઇડ્સમાં ઉત્પ્રેરિત કરીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળી નાખે છે. આ પદ્ધતિમાં બાયોડિગ્રેડેશન અને બાયોમાસ રૂપાંતરના ક્ષેત્રોમાં વિશાળ શ્રેણીના ઉપયોગો છે, જોકે તેની વિસર્જન પ્રક્રિયા સંપૂર્ણપણે રાસાયણિક વિસર્જન નથી, પરંતુ બાયોકેટાલિસિસ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.

(3) સેલ્યુલોઝ વિસર્જનની પદ્ધતિ

સેલ્યુલોઝ ઓગળવા માટે વિવિધ રીએજન્ટ્સમાં વિવિધ પદ્ધતિઓ હોય છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે તે બે મુખ્ય પદ્ધતિઓને આભારી હોઈ શકે છે:
હાઇડ્રોજન બોન્ડનો વિનાશ: સ્પર્ધાત્મક હાઇડ્રોજન બોન્ડ રચના અથવા આયનીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર સાંકળો વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડનો નાશ કરવો, તેને દ્રાવ્ય બનાવવું.
મોલેક્યુલર ચેઇન રિલેક્સેશન: સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સની નરમાઈ વધારવી અને ભૌતિક અથવા રાસાયણિક માધ્યમો દ્વારા મોલેક્યુલર ચેઇન્સની સ્ફટિકીયતા ઘટાડવી, જેથી તેઓ દ્રાવકોમાં ઓગળી શકે.

(૪) સેલ્યુલોઝ વિસર્જનના વ્યવહારુ ઉપયોગો

સેલ્યુલોઝ વિસર્જન ઘણા ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગો ધરાવે છે:
સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝની તૈયારી: સેલ્યુલોઝ ઓગાળી નાખ્યા પછી, તેને રાસાયણિક રીતે વધુ સુધારીને સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ, સેલ્યુલોઝ એસ્ટર્સ અને અન્ય ડેરિવેટિવ્ઝ તૈયાર કરી શકાય છે, જેનો ઉપયોગ ખોરાક, દવા, કોટિંગ્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે.
સેલ્યુલોઝ આધારિત સામગ્રી: ઓગળેલા સેલ્યુલોઝ, સેલ્યુલોઝ નેનોફાઇબર્સ, સેલ્યુલોઝ પટલ અને અન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરી શકાય છે. આ સામગ્રીમાં સારી યાંત્રિક ગુણધર્મો અને બાયોસુસંગતતા છે.
બાયોમાસ ઉર્જા: સેલ્યુલોઝને ઓગાળીને અને ડિગ્રેડ કરીને, તેને બાયોઇથેનોલ જેવા બાયોફ્યુઅલના ઉત્પાદન માટે આથો લાવી શકાય તેવી શર્કરામાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જે નવીનીકરણીય ઉર્જાના વિકાસ અને ઉપયોગને પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે.

સેલ્યુલોઝ વિસર્જન એ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે જેમાં બહુવિધ રાસાયણિક અને ભૌતિક પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. આયોનિક પ્રવાહી, એમિનો ઓક્સિડન્ટ દ્રાવણ, LiCl-DMAc સિસ્ટમ્સ, હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડ દ્રાવણ અને સેલોલિટીક ઉત્સેચકો હાલમાં સેલ્યુલોઝ ઓગળવા માટે અસરકારક એજન્ટ તરીકે જાણીતા છે. દરેક એજન્ટની પોતાની અનન્ય વિસર્જન પદ્ધતિ અને એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર હોય છે. સેલ્યુલોઝ વિસર્જન પદ્ધતિના ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસ સાથે, એવું માનવામાં આવે છે કે વધુ કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ વિસર્જન પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવશે, જે સેલ્યુલોઝના ઉપયોગ અને વિકાસ માટે વધુ શક્યતાઓ પૂરી પાડશે.