Sellulósi er flókið fjölsykra sem samanstendur af mörgum glúkósaeiningum sem tengjast með β-1,4-glýkósíðtengjum. Það er aðalþáttur frumuveggja plantna og veitir þeim sterkan stuðning og seiglu. Vegna langrar sellulósasameindakeðju og mikillar kristöllunar hefur það sterkan stöðugleika og er óleysanlegt.
(1) Eiginleikar sellulósa og erfiðleikar við upplausn
Sellulósi hefur eftirfarandi eiginleika sem gera það erfitt að leysast upp:
Mikil kristöllun: Sameindakeðjurnar úr sellulósa mynda þétta grindarbyggingu með vetnistengjum og van der Waals kröftum.
Mikil fjölliðunarstig: Fjölliðunarstig sellulósa (þ.e. lengd sameindakeðjunnar) er hátt, oftast á bilinu hundruð til þúsunda glúkósaeininga, sem eykur stöðugleika sameindarinnar.
Vetnistengi: Vetnistengi eru víða til staðar milli og innan sellulósa sameindakeðja, sem gerir það erfitt að eyðileggja þau og leysa þau upp með almennum leysum.
(2) Hvarfefni sem leysa upp sellulósa
Sem stendur eru þekkt hvarfefni sem geta leyst upp sellulósa á áhrifaríkan hátt aðallega eftirfarandi flokkar:
1. Jónískir vökvar
Jónískir vökvar eru vökvar sem eru samsettir úr lífrænum katjónum og lífrænum eða ólífrænum anjónum, oftast með litla rokgirni, mikla hitastöðugleika og mikla aðlögunarhæfni. Sumir jónískir vökvar geta leyst upp sellulósa og aðalferlið er að brjóta vetnistengi milli sellulósasameindakeðjanna. Algengir jónískir vökvar sem leysa upp sellulósa eru meðal annars:
1-Bútýl-3-metýlímídasólíumklóríð ([BMIM]Cl): Þessi jóníski vökvi leysir upp sellulósa með því að hafa samskipti við vetnistengi í sellulósa í gegnum vetnistengisviðtaka.
1-etýl-3-metýlímídasólíum asetat ([EMIM][Ac]): Þessi jóníski vökvi getur leyst upp mikið magn af sellulósa við tiltölulega væg skilyrði.
2. Amínoxunarlausn
Amínoxunarlausn eins og blandað lausn af díetýlamíni (DEA) og koparklóríði kallast [Cu(II)-ammóníumlausn], sem er sterkt leysiefni sem getur leyst upp sellulósa. Það eyðileggur kristalbyggingu sellulósa með oxun og vetnistengi, sem gerir sellulósasameindakeðjuna mýkri og leysanlegri.
3. Litíumklóríð-dímetýlasetamíð (LiCl-DMAc) kerfi
LiCl-DMAc (litíumklóríð-dímetýlasetamíð) kerfið er ein af klassísku aðferðunum til að leysa upp sellulósa. LiCl getur myndað samkeppni um vetnistengi og þannig eyðilagt vetnistengisnetið milli sellulósasameinda, en DMAc sem leysiefni getur haft góð samskipti við sellulósasameindakeðjuna.
4. Saltsýru-/sinkklóríðlausn
Saltsýru-/sinkklóríðlausnin er eitt af fyrstu hvarfefnum sem geta leyst upp sellulósa. Hún getur leyst upp sellulósa með því að mynda samhæfingaráhrif milli sinkklóríðs og sellulósasameindakeðjanna, og saltsýra eyðileggur vetnistengi milli sellulósasameindanna. Hins vegar er þessi lausn mjög ætandi fyrir búnað og hefur takmarkaða notkun í reynd.
5. Fíbrínlýsandi ensím
Fíbrínleysandi ensím (eins og sellulasar) leysa upp sellulósa með því að hvata niðurbrot sellulósa í smærri oligosakkaríð og einsakkaríð. Þessi aðferð hefur fjölbreytt notkunarsvið á sviði lífræns niðurbrots og umbreytingar lífmassa, þó að upplausnarferlið sé ekki algjörlega efnafræðileg upplausn, heldur sé náð með lífhvötun.
(3) Leysingarháttur sellulósa
Mismunandi hvarfefni hafa mismunandi aðferðir til að leysa upp sellulósa, en almennt má rekja þau til tveggja meginaðferða:
Eyðilegging vetnistengja: Eyðilegging vetnistengjanna milli sellulósasameindakeðja með samkeppnismyndun vetnistengja eða jónískum víxlverkunum, sem gerir það leysanlegt.
Slökun sameindakeðja: Aukin mýkt sellulósa sameindakeðja og minnkun kristöllun sameindakeðja með eðlisfræðilegum eða efnafræðilegum aðferðum, þannig að þær geti leyst upp í leysum.
(4) Hagnýt notkun á sellulósaupplausn
Upplausn sellulósa hefur mikilvæga notkun á mörgum sviðum:
Undirbúningur sellulósaafleiða: Eftir að sellulósi hefur verið leystur upp er hægt að breyta honum efnafræðilega frekar til að framleiða sellulósaetera, sellulósaestera og aðrar afleiður, sem eru mikið notaðar í matvælum, læknisfræði, húðun og öðrum sviðum.
Efni byggð á sellulósa: Með því að nota uppleysta sellulósa er hægt að framleiða sellulósanónótrefjar, sellulósahimnur og önnur efni. Þessi efni hafa góða vélræna eiginleika og lífsamhæfni.
Lífmassaorka: Með því að leysa upp og brjóta niður sellulósa er hægt að breyta henni í gerjanlegan sykur til framleiðslu á lífeldsneyti eins og lífetanóli, sem stuðlar að þróun og nýtingu endurnýjanlegrar orku.
Upplausn sellulósa er flókið ferli sem felur í sér marga efna- og eðlisfræðilega ferla. Jónískir vökvar, amínóoxunarlausnir, LiCl-DMAc kerfi, saltsýru-/sinkklóríðlausnir og sellulósandi ensím eru þekkt sem áhrifarík efni til að leysa upp sellulósa. Hvert efni hefur sinn einstaka upplausnarferli og notkunarsvið. Með ítarlegri rannsókn á upplausnarferli sellulósa er talið að skilvirkari og umhverfisvænni upplausnaraðferðir verði þróaðar, sem veitir fleiri möguleika á nýtingu og þróun sellulósa.
Birtingartími: 9. júlí 2024