സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കുന്ന റിയാജന്റ് ഏതാണ്?

β-1,4-ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബോണ്ടുകളാൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന നിരവധി ഗ്ലൂക്കോസ് യൂണിറ്റുകൾ ചേർന്ന ഒരു സങ്കീർണ്ണ പോളിസാക്കറൈഡാണ് സെല്ലുലോസ്. സസ്യകോശഭിത്തികളുടെ പ്രധാന ഘടകമാണിത്, സസ്യകോശഭിത്തികൾക്ക് ശക്തമായ ഘടനാപരമായ പിന്തുണയും കാഠിന്യവും നൽകുന്നു. നീളമുള്ള സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലയും ഉയർന്ന ക്രിസ്റ്റലിനിറ്റിയും കാരണം, ഇതിന് ശക്തമായ സ്ഥിരതയും ലയിക്കാത്ത സ്വഭാവവുമുണ്ട്.

(1) സെല്ലുലോസിന്റെ ഗുണങ്ങളും ലയിക്കാനുള്ള ബുദ്ധിമുട്ടും

സെല്ലുലോസിന് അലിയുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്ന ഇനിപ്പറയുന്ന ഗുണങ്ങളുണ്ട്:

ഉയർന്ന ക്രിസ്റ്റലിനിറ്റി: സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളിലൂടെയും വാൻ ഡെർ വാൽസ് ബലങ്ങളിലൂടെയും ഒരു ഇറുകിയ ലാറ്റിസ് ഘടന ഉണ്ടാക്കുന്നു.

ഉയർന്ന അളവിലുള്ള പോളിമറൈസേഷൻ: സെല്ലുലോസിന്റെ പോളിമറൈസേഷന്റെ അളവ് (അതായത് തന്മാത്രാ ശൃംഖലയുടെ നീളം) ഉയർന്നതാണ്, സാധാരണയായി നൂറുകണക്കിന് മുതൽ ആയിരക്കണക്കിന് ഗ്ലൂക്കോസ് യൂണിറ്റുകൾ വരെ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു, ഇത് തന്മാത്രയുടെ സ്ഥിരത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ട് ശൃംഖല: സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾക്കിടയിലും അകത്തും ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ വ്യാപകമായി കാണപ്പെടുന്നു, ഇത് പൊതുവായ ലായകങ്ങളാൽ നശിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ലയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു.

(2) സെല്ലുലോസ് ലയിപ്പിക്കുന്ന റിയാജന്റുകൾ

നിലവിൽ, സെല്ലുലോസിനെ ഫലപ്രദമായി ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന അറിയപ്പെടുന്ന റിയാക്ടറുകളിൽ പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു:

1. അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങൾ

അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങൾ എന്നത് ഓർഗാനിക് കാറ്റയോണുകളും ഓർഗാനിക് അല്ലെങ്കിൽ അജൈവ അയോണുകളും ചേർന്ന ദ്രാവകങ്ങളാണ്, സാധാരണയായി കുറഞ്ഞ അസ്ഥിരതയും, ഉയർന്ന താപ സ്ഥിരതയും, ഉയർന്ന ക്രമീകരണക്ഷമതയും ഇവയ്ക്ക് ഉണ്ടാകും. ചില അയോണിക ദ്രാവകങ്ങൾക്ക് സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ തകർക്കുക എന്നതാണ് പ്രധാന സംവിധാനം. സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കുന്ന സാധാരണ അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

1-ബ്യൂട്ടൈൽ-3-മെത്തിലിമിഡാസോലിയം ക്ലോറൈഡ് ([BMIM]Cl): ഈ അയോണിക് ദ്രാവകം ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ട് സ്വീകർത്താക്കൾ വഴി സെല്ലുലോസിലെ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കുന്നു.

1-എഥൈൽ-3-മെത്തിലിമിഡാസോലിയം അസറ്റേറ്റ് ([EMIM][Ac]): താരതമ്യേന നേരിയ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലുള്ള സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ ഈ അയോണിക് ദ്രാവകത്തിന് കഴിയും.

2. അമിൻ ഓക്സിഡൻറ് ലായനി
ഡൈതൈലാമൈൻ (DEA), കോപ്പർ ക്ലോറൈഡ് എന്നിവയുടെ മിശ്രിത ലായനി പോലുള്ള അമിൻ ഓക്സിഡന്റ് ലായനിയെ [Cu(II)-അമോണിയം ലായനി] എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇത് സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ശക്തമായ ഒരു ലായക സംവിധാനമാണ്. ഇത് ഓക്സിഡേഷനിലൂടെയും ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗിലൂടെയും സെല്ലുലോസിന്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയെ നശിപ്പിക്കുകയും സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലയെ മൃദുവും കൂടുതൽ ലയിക്കുന്നതുമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

3. ലിഥിയം ക്ലോറൈഡ്-ഡൈമെത്തിലാസെറ്റാമൈഡ് (LiCl-DMAc) സിസ്റ്റം
സെല്ലുലോസ് ലയിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ക്ലാസിക് രീതികളിൽ ഒന്നാണ് LiCl-DMAc (ലിഥിയം ക്ലോറൈഡ്-ഡൈമെത്തിലാസെറ്റാമൈഡ്) സിസ്റ്റം. ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾക്കായി LiCl ഒരു മത്സരം സൃഷ്ടിക്കുകയും അതുവഴി സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ട് ശൃംഖലയെ നശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം ഒരു ലായകമെന്ന നിലയിൽ DMAc സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലയുമായി നന്നായി ഇടപഴകാൻ കഴിയും.

4. ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ്/സിങ്ക് ക്ലോറൈഡ് ലായനി
ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ്/സിങ്ക് ക്ലോറൈഡ് ലായനി, സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിവുള്ള ഒരു ആദ്യകാല റിയാജന്റാണ്. സിങ്ക് ക്ലോറൈഡിനും സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾക്കും ഇടയിൽ ഒരു ഏകോപന പ്രഭാവം സൃഷ്ടിച്ചുകൊണ്ട് സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും, കൂടാതെ സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളെ നശിപ്പിക്കുന്ന ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡും ഇതിന് കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ലായനി ഉപകരണങ്ങൾക്ക് വളരെ വിനാശകരമാണ്, പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഇത് പരിമിതമാണ്.

5. ഫൈബ്രിനോലൈറ്റിക് എൻസൈമുകൾ
ഫൈബ്രിനോലൈറ്റിക് എൻസൈമുകൾ (സെല്ലുലേസുകൾ പോലുള്ളവ) സെല്ലുലോസിനെ ചെറിയ ഒലിഗോസാക്കറൈഡുകളിലേക്കും മോണോസാക്കറൈഡുകളിലേക്കും വിഘടിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കുന്നു. ബയോഡീഗ്രഡേഷൻ, ബയോമാസ് പരിവർത്തനം എന്നീ മേഖലകളിൽ ഈ രീതിക്ക് വിപുലമായ പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും ഇതിന്റെ ലയന പ്രക്രിയ പൂർണ്ണമായും രാസപരമായ ലയനമല്ല, മറിച്ച് ബയോകാറ്റലിസിസ് വഴിയാണ് ഇത് നേടുന്നത്.

(3) സെല്ലുലോസ് ലയനത്തിന്റെ സംവിധാനം

സെല്ലുലോസ് അലിയിക്കുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത റിയാക്ടറുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത സംവിധാനങ്ങളുണ്ട്, എന്നാൽ പൊതുവേ അവ രണ്ട് പ്രധാന സംവിധാനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകാം:
ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളുടെ നാശം: മത്സരാധിഷ്ഠിത ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ട് രൂപീകരണം അല്ലെങ്കിൽ അയോണിക് പ്രതിപ്രവർത്തനം വഴി സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ നശിപ്പിക്കുക, ഇത് ലയിക്കുന്നതാക്കുന്നു.
തന്മാത്രാ ശൃംഖലാ ഇളവ്: സെല്ലുലോസ് തന്മാത്രാ ശൃംഖലകളുടെ മൃദുത്വം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഭൗതികമോ രാസപരമോ ആയ മാർഗ്ഗങ്ങളിലൂടെ തന്മാത്രാ ശൃംഖലകളുടെ സ്ഫടികത കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അങ്ങനെ അവയെ ലായകങ്ങളിൽ ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

(4) സെല്ലുലോസ് ലയനത്തിന്റെ പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങൾ

സെല്ലുലോസ് പിരിച്ചുവിടലിന് പല മേഖലകളിലും പ്രധാന പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്:
സെല്ലുലോസ് ഡെറിവേറ്റീവുകളുടെ തയ്യാറാക്കൽ: സെല്ലുലോസ് ലയിപ്പിച്ചതിനുശേഷം, അത് കൂടുതൽ രാസപരമായി പരിഷ്കരിച്ച് സെല്ലുലോസ് ഈഥറുകൾ, സെല്ലുലോസ് എസ്റ്ററുകൾ, മറ്റ് ഡെറിവേറ്റീവുകൾ എന്നിവ തയ്യാറാക്കാം, ഇവ ഭക്ഷണം, മരുന്ന്, കോട്ടിംഗുകൾ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സെല്ലുലോസ് അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കൾ: ലയിച്ച സെല്ലുലോസ്, സെല്ലുലോസ് നാനോഫൈബറുകൾ, സെല്ലുലോസ് മെംബ്രണുകൾ, മറ്റ് വസ്തുക്കൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കാം. ഈ വസ്തുക്കൾക്ക് നല്ല മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ജൈവ പൊരുത്തക്കേടും ഉണ്ട്.
ബയോമാസ് എനർജി: സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിച്ച് വിഘടിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ബയോഎഥനോൾ പോലുള്ള ജൈവ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ഉത്പാദനത്തിനായി ഇത് പുളിപ്പിക്കാവുന്ന പഞ്ചസാരകളാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തിന്റെ വികസനത്തിനും ഉപയോഗത്തിനും സഹായിക്കുന്നു.

സെല്ലുലോസ് ലയനം എന്നത് ഒന്നിലധികം രാസ, ഭൗതിക സംവിധാനങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്ന ഒരു സങ്കീർണ്ണ പ്രക്രിയയാണ്. അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങൾ, അമിനോ ഓക്സിഡന്റ് ലായനികൾ, LiCl-DMAc സിസ്റ്റങ്ങൾ, ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ്/സിങ്ക് ക്ലോറൈഡ് ലായനികൾ, സെല്ലോലൈറ്റിക് എൻസൈമുകൾ എന്നിവ നിലവിൽ സെല്ലുലോസിനെ ലയിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദമായ ഏജന്റുമാരായി അറിയപ്പെടുന്നു. ഓരോ ഏജന്റിനും അതിന്റേതായ സവിശേഷമായ ലയന സംവിധാനവും പ്രയോഗ മേഖലയുമുണ്ട്. സെല്ലുലോസ് ലയന സംവിധാനത്തിന്റെ ആഴത്തിലുള്ള പഠനത്തോടെ, കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമവും പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദവുമായ ലയന രീതികൾ വികസിപ്പിക്കുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് സെല്ലുലോസിന്റെ ഉപയോഗത്തിനും വികസനത്തിനും കൂടുതൽ സാധ്യതകൾ നൽകുന്നു.