Целлюлоз нь β-1,4-гликозидын холбоогоор холбогдсон олон глюкозын нэгжээс бүрдсэн нарийн төвөгтэй полисахарид юм. Энэ нь ургамлын эсийн ханын гол бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд ургамлын эсийн хананд бат бөх бүтцийн тулгуур, бат бөх чанарыг өгдөг. Урт целлюлозын молекулын гинж болон өндөр талстжилтын ачаар хүчтэй тогтвортой, уусдаггүй шинж чанартай байдаг.
(1) Целлюлозын шинж чанар ба уусахад хүндрэлтэй байдал
Целлюлоз нь уусахад хэцүү болгодог дараах шинж чанартай байдаг.
Өндөр талстжилт: Целлюлозын молекулын гинж нь устөрөгчийн холбоо болон ван дер Ваальсын хүчний нөлөөгөөр нягт торлог бүтэц үүсгэдэг.
Полимержилтийн өндөр зэрэг: Целлюлозын полимержилтийн зэрэг (өөрөөр хэлбэл молекулын гинжин хэлхээний урт) өндөр бөгөөд ихэвчлэн хэдэн зуугаас хэдэн мянган глюкозын нэгж хүртэл хэлбэлздэг бөгөөд энэ нь молекулын тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлдэг.
Устөрөгчийн холбооны сүлжээ: Устөрөгчийн холбоо нь целлюлозын молекулын гинжний хооронд болон дотор өргөн тархсан байдаг тул ерөнхий уусгагчаар устаж, уусахад хэцүү болгодог.
(2) Целлюлозыг уусгадаг урвалжууд
Одоогийн байдлаар целлюлозыг үр дүнтэй уусгах чадвартай мэдэгдэж буй урвалжууд нь голчлон дараах ангилалд багтдаг.
1. Ионы шингэнүүд
Ионы шингэн гэдэг нь органик катион болон органик эсвэл органик бус анионуудаас бүрдэх шингэн бөгөөд ихэвчлэн бага хэлбэлзэлтэй, өндөр дулааны тогтвортой байдалтай, өндөр тохируулгатай байдаг. Зарим ионы шингэн нь целлюлозыг уусгаж чаддаг бөгөөд гол механизм нь целлюлозын молекулын гинжүүдийн хоорондох устөрөгчийн холбоог таслах явдал юм. Целлюлозыг уусгадаг нийтлэг ионы шингэнүүдэд дараахь зүйлс орно.
1-Бутил-3-метилимидазолийн хлорид ([BMIM]Cl): Энэхүү ионы шингэн нь устөрөгчийн холбооны акцепторуудаар дамжуулан целлюлозын устөрөгчийн холбоотой харилцан үйлчлэлцэж целлюлозыг уусгадаг.
1-Этил-3-метилимидазолиум ацетат ([EMIM][Ac]): Энэхүү ионы шингэн нь харьцангуй зөөлөн нөхцөлд өндөр концентрацитай целлюлозыг уусгаж чаддаг.
2. Амин исэлдүүлэгч уусмал
Диэтиламин (DEA) болон зэсийн хлоридын холимог уусмал зэрэг амин исэлдүүлэгч уусмалыг [Cu(II)-аммонийн уусмал] гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь целлюлозыг уусгах чадвартай хүчтэй уусгагч систем юм. Энэ нь исэлдэлт болон устөрөгчийн холбоогоор дамжуулан целлюлозын талст бүтцийг устгаж, целлюлозын молекулын гинжийг илүү зөөлөн, илүү уусдаг болгодог.
3. Литийн хлорид-диметилацетамид (LiCl-DMAc) систем
LiCl-DMAc (литийн хлорид-диметилацетамид) систем нь целлюлозыг уусгах сонгодог аргуудын нэг юм. LiCl нь устөрөгчийн холбоонд өрсөлдөөн үүсгэж, улмаар целлюлозын молекулуудын хоорондох устөрөгчийн холбооны сүлжээг устгадаг бол уусгагч болох DMAc нь целлюлозын молекулын гинжин хэлхээтэй сайн харилцан үйлчилж чаддаг.
4. Давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал
Давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал нь целлюлозыг уусгах чадвартай эрт нээгдсэн урвалж юм. Энэ нь цайрын хлорид ба целлюлозын молекулын гинжүүдийн хооронд зохицуулалтын нөлөө үүсгэж, давсны хүчил нь целлюлозын молекулуудын хоорондох устөрөгчийн холбоог устгаснаар целлюлозыг уусгаж чаддаг. Гэсэн хэдий ч энэхүү уусмал нь тоног төхөөрөмжид маш их зэврэлт үүсгэдэг бөгөөд практик хэрэглээнд хязгаарлагдмал байдаг.
5. Фибринолитик ферментүүд
Фибринолитик ферментүүд (целлюлаза гэх мэт) нь целлюлозын задралыг жижиг олигосахарид ба моносахарид болгон катализжуулснаар целлюлозыг уусгадаг. Энэ арга нь био задрал болон биомассын хувиргалтын салбарт өргөн хүрээний хэрэглээтэй боловч уусгах үйл явц нь бүрэн химийн уусалт биш боловч биокатализаар дамжин хийгддэг.
(3) Целлюлозын уусах механизм
Өөр өөр урвалжууд нь целлюлозыг уусгах өөр өөр механизмтай байдаг боловч ерөнхийдөө тэдгээрийг хоёр үндсэн механизмтай холбож болно.
Устөрөгчийн холбоог устгах: Өрсөлдөх чадвартай устөрөгчийн холбоо үүсэх эсвэл ионы харилцан үйлчлэлээр целлюлозын молекулын гинжүүдийн хоорондох устөрөгчийн холбоог устгаж, уусдаг болгоно.
Молекулын гинжин хэлхээг сулруулах: Целлюлозын молекулын гинжин хэлхээний зөөлөн байдлыг нэмэгдүүлж, молекулын гинжин хэлхээний талстжилтыг физик болон химийн аргаар бууруулж, уусгагчид уусгах боломжтой болгоно.
(4) Целлюлозын уусалтын практик хэрэглээ
Целлюлозын уусалт нь олон салбарт чухал хэрэглээтэй байдаг:
Целлюлозын дериватив бэлтгэх: Целлюлозыг уусгасны дараа целлюлозын эфир, целлюлозын эфир болон бусад деривативыг бэлтгэхийн тулд химийн аргаар нэмэлт өөрчлөлт оруулж болох бөгөөд эдгээрийг хүнс, анагаах ухаан, бүрхүүл болон бусад салбарт өргөн хэрэглэдэг.
Целлюлоз дээр суурилсан материал: Ууссан целлюлоз ашиглан целлюлозын нано ширхэг, целлюлозын мембран болон бусад материалыг бэлтгэж болно. Эдгээр материалууд нь механик шинж чанар сайтай, био нийцтэй байдаг.
Биомассийн энерги: Целлюлозыг уусгаж, задалснаар биоэтанол зэрэг био түлш үйлдвэрлэхэд исгэх боломжтой элсэн чихэр болгон хувиргаж, сэргээгдэх эрчим хүчийг хөгжүүлэх, ашиглахад тусалдаг.
Целлюлозын уусалт нь олон тооны химийн болон физик механизмыг хамарсан нарийн төвөгтэй үйл явц юм. Ионы шингэн, амин исэлдүүлэгч уусмал, LiCl-DMAc систем, давсны хүчил/цайрын хлоридын уусмал, целлюлозын задралын ферментүүд нь одоогоор целлюлозыг уусгах үр дүнтэй бодис гэдгээрээ алдартай. Агент бүр өөрийн гэсэн өвөрмөц уусгах механизм болон хэрэглээний талбартай байдаг. Целлюлозын уусгах механизмыг гүнзгийрүүлэн судалснаар илүү үр ашигтай, байгаль орчинд ээлтэй уусгах аргуудыг боловсруулж, целлюлозыг ашиглах, хөгжүүлэх илүү олон боломжийг олгоно гэж үзэж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 7-р сарын 9