सेल्युलोज हे एक जटिल पॉलिसेकेराइड आहे जे β-1,4-ग्लायकोसिडिक बंधांनी जोडलेल्या अनेक ग्लुकोज युनिट्सपासून बनलेले आहे. हे वनस्पती पेशी भिंतींचे मुख्य घटक आहे आणि वनस्पती पेशी भिंतींना मजबूत संरचनात्मक आधार आणि कणखरता देते. लांब सेल्युलोज आण्विक साखळी आणि उच्च स्फटिकामुळे, त्यात मजबूत स्थिरता आणि अघुलनशीलता आहे.
(१) सेल्युलोजचे गुणधर्म आणि विरघळण्याची अडचण
सेल्युलोजमध्ये खालील गुणधर्म आहेत ज्यामुळे ते विरघळणे कठीण होते:
उच्च स्फटिकता: सेल्युलोज आण्विक साखळ्या हायड्रोजन बंध आणि व्हॅन डेर वाल्स बलांद्वारे एक घट्ट जाळीची रचना तयार करतात.
पॉलिमरायझेशनची उच्च पातळी: सेल्युलोजचे पॉलिमरायझेशनची डिग्री (म्हणजेच आण्विक साखळीची लांबी) जास्त असते, सामान्यतः शेकडो ते हजारो ग्लुकोज युनिट्सपर्यंत असते, ज्यामुळे रेणूची स्थिरता वाढते.
हायड्रोजन बॉण्ड नेटवर्क: सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमध्ये आणि आत हायड्रोजन बॉण्ड मोठ्या प्रमाणात असतात, ज्यामुळे सामान्य सॉल्व्हेंट्सद्वारे ते नष्ट करणे आणि विरघळवणे कठीण होते.
(२) सेल्युलोज विरघळवणारे अभिकर्मक
सध्या, सेल्युलोज प्रभावीपणे विरघळवू शकणारे ज्ञात अभिकर्मक प्रामुख्याने खालील श्रेणींमध्ये समाविष्ट आहेत:
१. आयोनिक द्रवपदार्थ
आयनिक द्रव हे सेंद्रिय कॅशन आणि सेंद्रिय किंवा अजैविक आयनपासून बनलेले द्रव असतात, सहसा कमी अस्थिरता, उच्च थर्मल स्थिरता आणि उच्च समायोजनक्षमता असते. काही आयनिक द्रव सेल्युलोज विरघळवू शकतात आणि मुख्य यंत्रणा म्हणजे सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमधील हायड्रोजन बंध तोडणे. सेल्युलोज विरघळवणारे सामान्य आयनिक द्रव हे आहेत:
१-ब्यूटिल-३-मेथिलिमिडाझोलियम क्लोराइड ([BMIM]Cl): हे आयनिक द्रव हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणाऱ्यांद्वारे सेल्युलोजमधील हायड्रोजन बॉन्डशी संवाद साधून सेल्युलोज विरघळवते.
१-इथिल-३-मेथिलिमिडाझोलियम एसीटेट ([EMIM][Ac]): हे आयनिक द्रव तुलनेने सौम्य परिस्थितीत सेल्युलोजच्या उच्च सांद्रतेमध्ये विरघळवू शकते.
२. अमाइन ऑक्सिडंट द्रावण
डायथिलामाइन (DEA) आणि कॉपर क्लोराईडच्या मिश्रित द्रावणाला [Cu(II)-अमोनियम द्रावण] म्हणतात, जे सेल्युलोज विरघळवू शकणारे एक मजबूत द्रावक प्रणाली आहे. ते ऑक्सिडेशन आणि हायड्रोजन बाँडिंगद्वारे सेल्युलोजची क्रिस्टल रचना नष्ट करते, ज्यामुळे सेल्युलोज आण्विक साखळी मऊ आणि अधिक विरघळते.
३. लिथियम क्लोराईड-डायमिथाइलएसीटामाइड (LiCl-DMAc) प्रणाली
सेल्युलोज विरघळवण्याच्या क्लासिक पद्धतींपैकी एक म्हणजे LiCl-DMAc (लिथियम क्लोराइड-डायमिथाइलएसीटामाइड) प्रणाली. LiCl हायड्रोजन बंधांसाठी स्पर्धा निर्माण करू शकते, ज्यामुळे सेल्युलोज रेणूंमधील हायड्रोजन बंध नेटवर्क नष्ट होते, तर DMAc एक द्रावक म्हणून सेल्युलोज आण्विक साखळीशी चांगले संवाद साधू शकते.
४. हायड्रोक्लोरिक आम्ल/झिंक क्लोराईड द्रावण
हायड्रोक्लोरिक आम्ल/झिंक क्लोराइड द्रावण हे सेल्युलोज विरघळवू शकणारे एक लवकर शोधलेले अभिकर्मक आहे. ते झिंक क्लोराइड आणि सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमध्ये समन्वय प्रभाव निर्माण करून सेल्युलोज विरघळवू शकते आणि हायड्रोक्लोरिक आम्ल सेल्युलोज रेणूंमधील हायड्रोजन बंध नष्ट करते. तथापि, हे द्रावण उपकरणांसाठी अत्यंत संक्षारक आहे आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये मर्यादित आहे.
५. फायब्रिनोलिटिक एंझाइम्स
फायब्रिनोलिटिक एंझाइम्स (जसे की सेल्युलेसेस) सेल्युलोजचे विघटन लहान ऑलिगोसॅकराइड्स आणि मोनोसॅकराइड्समध्ये उत्प्रेरक करून सेल्युलोज विरघळवतात. या पद्धतीचा जैवविघटन आणि बायोमास रूपांतरणाच्या क्षेत्रात विस्तृत अनुप्रयोग आहे, जरी त्याची विघटन प्रक्रिया पूर्णपणे रासायनिक विघटन नसली तरी ती बायोकॅटॅलिसिसद्वारे साध्य केली जाते.
(३) सेल्युलोज विरघळण्याची यंत्रणा
वेगवेगळ्या अभिकर्मकांमध्ये सेल्युलोज विरघळण्यासाठी वेगवेगळ्या यंत्रणा असतात, परंतु सर्वसाधारणपणे त्यांना दोन मुख्य यंत्रणांशी जोडले जाऊ शकते:
हायड्रोजन बंधांचा नाश: स्पर्धात्मक हायड्रोजन बंध निर्मिती किंवा आयनिक परस्परसंवादाद्वारे सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांमधील हायड्रोजन बंध नष्ट करणे, ज्यामुळे ते विरघळते.
आण्विक साखळी शिथिलता: सेल्युलोज आण्विक साखळ्यांचा मऊपणा वाढवणे आणि भौतिक किंवा रासायनिक माध्यमांद्वारे आण्विक साखळ्यांची स्फटिकता कमी करणे, जेणेकरून ते सॉल्व्हेंट्समध्ये विरघळू शकतील.
(४) सेल्युलोज विरघळवण्याचे व्यावहारिक उपयोग
सेल्युलोज विघटनाचे अनेक क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाचे उपयोग आहेत:
सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज तयार करणे: सेल्युलोज विरघळल्यानंतर, सेल्युलोज इथर, सेल्युलोज एस्टर आणि इतर डेरिव्हेटिव्ह्ज तयार करण्यासाठी त्यात आणखी रासायनिक बदल केले जाऊ शकतात, जे अन्न, औषध, कोटिंग्ज आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
सेल्युलोज-आधारित साहित्य: विरघळलेले सेल्युलोज, सेल्युलोज नॅनोफायबर, सेल्युलोज पडदा आणि इतर साहित्य वापरून तयार केले जाऊ शकते. या साहित्यांमध्ये चांगले यांत्रिक गुणधर्म आणि जैव सुसंगतता आहे.
बायोमास ऊर्जा: सेल्युलोज विरघळवून आणि खराब करून, ते बायोइथेनॉल सारख्या जैवइंधनांच्या उत्पादनासाठी किण्वन करण्यायोग्य साखरेमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते, जे अक्षय ऊर्जेचा विकास आणि वापर साध्य करण्यास मदत करते.
सेल्युलोज विघटन ही एक जटिल प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये अनेक रासायनिक आणि भौतिक यंत्रणांचा समावेश आहे. आयनिक द्रव, अमीनो ऑक्सिडंट द्रावण, LiCl-DMAc प्रणाली, हायड्रोक्लोरिक आम्ल/झिंक क्लोराइड द्रावण आणि सेलोलायटिक एंजाइम हे सध्या सेल्युलोज विरघळवण्यासाठी प्रभावी घटक म्हणून ओळखले जातात. प्रत्येक घटकाची स्वतःची अद्वितीय विघटन यंत्रणा आणि अनुप्रयोग क्षेत्र असते. सेल्युलोज विघटन यंत्रणेच्या सखोल अभ्यासामुळे, असे मानले जाते की अधिक कार्यक्षम आणि पर्यावरणास अनुकूल विघटन पद्धती विकसित केल्या जातील, ज्यामुळे सेल्युलोजचा वापर आणि विकासासाठी अधिक शक्यता निर्माण होतील.
पोस्ट वेळ: जुलै-०९-२०२४