Целлюлоза – β-1,4-гликозиддик байланыштар менен байланышкан көптөгөн глюкоза бирдиктеринен турган татаал полисахарид. Ал өсүмдүк клеткасынын дубалдарынын негизги компоненти болуп саналат жана өсүмдүк клеткасынын дубалдарына бекем структуралык колдоо жана бекемдик берет. Целлюлозанын узун молекулярдык чынжыры жана жогорку кристаллдуулугунан улам, ал күчтүү туруктуулукка жана эрибестикке ээ.
(1) Целлюлозанын касиеттери жана эрүү кыйынчылыгы
Целлюлоза эришин кыйындаткан төмөнкү касиеттерге ээ:
Жогорку кристаллдуулук: Целлюлозанын молекулярдык чынжырлары суутек байланыштары жана ван-дер-Ваальс күчтөрү аркылуу тыгыз торчо түзүлүшүн түзөт.
Полимерлешүүнүн жогорку даражасы: Целлюлозанын полимерлешүү даражасы (б.а. молекулярдык чынжырдын узундугу) жогору, адатта жүздөгөндөн миңдеген глюкоза бирдиктерине чейин жетет, бул молекуланын туруктуулугун жогорулатат.
Суутек байланыш тармагы: Суутек байланыштары целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосунда жана ичинде кеңири таралган, бул алардын жалпы эриткичтер менен жок кылынышын жана эришин кыйындатат.
(2) Целлюлозаны эритүүчү реагенттер
Учурда целлюлозаны натыйжалуу эрите турган белгилүү реагенттер негизинен төмөнкү категорияларды камтыйт:
1. Иондук суюктуктар
Иондук суюктуктар - бул органикалык катиондордон жана органикалык же органикалык эмес аниондордон турган, адатта төмөн волатилдүүлүккө, жогорку жылуулук туруктуулугуна жана жогорку жөнгө салынууга ээ суюктуктар. Айрым иондук суюктуктар целлюлозаны эрите алат жана негизги механизми целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосундагы суутек байланыштарын үзүү болуп саналат. Целлюлозаны эритүүчү кеңири таралган иондук суюктуктарга төмөнкүлөр кирет:
1-Бутил-3-метилимидазолий хлориди ([BMIM]Cl): Бул иондук суюктук целлюлозадагы суутек байланыштары менен суутек байланышынын акцепторлору аркылуу өз ара аракеттенишип, целлюлозаны эритет.
1-Этил-3-метилимидазолий ацетаты ([EMIM][Ac]): Бул иондук суюктук салыштырмалуу жумшак шарттарда целлюлозанын жогорку концентрациясын эрите алат.
2. Амин кычкылдандыруучу эритме
Диэтиламин (DEA) менен жез хлоридинин аралаш эритмеси сыяктуу амин кычкылдандыруучу эритме [Cu(II)-аммоний эритмеси] деп аталат, ал целлюлозаны эрите алган күчтүү эриткич система. Ал кычкылдануу жана суутек байланышы аркылуу целлюлозанын кристаллдык түзүлүшүн бузат, бул целлюлозанын молекулярдык чынжырын жумшак жана эрүүчү кылат.
3. Литий хлориди-диметилацетамид (LiCl-DMAc) системасы
LiCl-DMAc (литий хлориди-диметилацетамид) системасы целлюлозаны эритүүнүн классикалык ыкмаларынын бири болуп саналат. LiCl суутек байланыштары үчүн атаандаштыкты пайда кылып, ошону менен целлюлоза молекулаларынын ортосундагы суутек байланыш тармагын бузушу мүмкүн, ал эми эриткич катары DMAc целлюлозанын молекулярдык чынжыры менен жакшы өз ара аракеттене алат.
4. Туз кислотасы/цинк хлоридинин эритмеси
Туз кислотасы/цинк хлоридинин эритмеси - целлюлозаны эрите турган алгачкы ачылган реагент. Ал цинк хлориди менен целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосунда координациялык эффект түзүү жана туз кислотасы целлюлоза молекулаларынын ортосундагы суутек байланыштарын бузуу аркылуу целлюлозаны эрите алат. Бирок, бул эритме жабдуулар үчүн өтө коррозиялык жана практикалык колдонууда чектелүү.
5. Фибринолитикалык ферменттер
Фибринолитикалык ферменттер (мисалы, целлюлазалар) целлюлозаны майда олигосахариддерге жана моносахариддерге ажыроо аркылуу эритет. Бул ыкма биодеградация жана биомассаны конверсиялоо тармактарында кеңири колдонулат, бирок анын эрүү процесси толугу менен химиялык эрүү эмес, биокатализ аркылуу ишке ашат.
(3) Целлюлозанын эрүү механизми
Ар кандай реагенттердин целлюлозаны эритүү механизмдери ар башка, бирок жалпысынан аларды эки негизги механизмге байланыштырууга болот:
Суутек байланыштарынын бузулушу: Целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосундагы суутек байланыштарын атаандаштык суутек байланышынын пайда болушу же иондук өз ара аракеттенүү аркылуу бузуу, бул аны эрүүчү кылат.
Молекулярдык чынжырдын релаксациясы: Целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын жумшактыгын жогорулатуу жана физикалык же химиялык жолдор менен молекулярдык чынжырлардын кристаллдуулугун азайтуу, ошондуктан аларды эриткичтерде эритүү мүмкүн.
(4) Целлюлозанын эришинин практикалык колдонулушу
Целлюлозанын эриши көптөгөн тармактарда маанилүү колдонулат:
Целлюлоза туундуларын даярдоо: Целлюлоза эригенден кийин, аны андан ары химиялык жол менен модификациялап, целлюлоза эфирлерин, целлюлоза эфирлерин жана башка туундуларды даярдоого болот, алар тамак-аш, медицина, каптоо жана башка тармактарда кеңири колдонулат.
Целлюлоза негизиндеги материалдар: Эриген целлюлозаны колдонуу менен целлюлоза нано булаларын, целлюлоза мембраналарын жана башка материалдарды даярдоого болот. Бул материалдар жакшы механикалык касиеттерге жана биошайкештикке ээ.
Биомасса энергиясы: Целлюлозаны эритүү жана ажыратуу менен, аны биоэтанол сыяктуу биоотундарды өндүрүү үчүн ачытылуучу канттарга айландырууга болот, бул кайра жаралуучу энергияны иштеп чыгууга жана пайдаланууга жардам берет.
Целлюлозанын эриши – бул бир нече химиялык жана физикалык механизмдерди камтыган татаал процесс. Иондук суюктуктар, аминокислота эритмелери, LiCl-DMAc системалары, туз кислотасы/цинк хлоридинин эритмелери жана целлюлоза ферменттери учурда целлюлозаны эритүү үчүн натыйжалуу агенттер катары белгилүү. Ар бир агенттин өзүнүн уникалдуу эритүү механизми жана колдонуу чөйрөсү бар. Целлюлозанын эритүү механизмин терең изилдөө менен, целлюлозаны пайдалануу жана өнүктүрүү үчүн көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү камсыз кылган натыйжалуу жана экологиялык жактан таза эритүү ыкмалары иштелип чыгат деп ишенишет.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 9-июлу