Iċ-ċelluloża hija polisakkarid kumpless magħmul minn ħafna unitajiet ta' glukożju konnessi permezz ta' bonds β-1,4-glikosidiċi. Hija l-komponent ewlieni tal-ħitan taċ-ċelloli tal-pjanti u tagħti lill-ħitan taċ-ċelloli tal-pjanti appoġġ strutturali qawwi u reżistenza. Minħabba l-katina molekulari twila taċ-ċelluloża u l-kristallinità għolja, għandha stabbiltà qawwija u insolubbiltà.
(1) Proprjetajiet taċ-ċelluloża u diffikultà biex tinħall
Iċ-ċelluloża għandha l-proprjetajiet li ġejjin li jagħmluha diffiċli biex tinħall:
Kristallinità għolja: Il-katini molekulari taċ-ċelluloża jiffurmaw struttura ta' kannizzata stretta permezz ta' bonds tal-idroġenu u forzi ta' van der Waals.
Grad għoli ta' polimerizzazzjoni: Il-grad ta' polimerizzazzjoni (jiġifieri t-tul tal-katina molekulari) taċ-ċelluloża huwa għoli, ġeneralment ivarja minn mijiet sa eluf ta' unitajiet ta' glukożju, li jżid l-istabbiltà tal-molekula.
Netwerk ta' bonds tal-idroġenu: Il-bonds tal-idroġenu huma preżenti ħafna bejn u fi ħdan il-ktajjen molekulari taċ-ċelluloża, u dan jagħmilha diffiċli biex jinqerdu u jinħallu minn solventi ġenerali.
(2) Reaġenti li jħollu ċ-ċelluloża
Bħalissa, ir-reaġenti magħrufa li jistgħu jxolju ċ-ċelluloża b'mod effettiv jinkludu prinċipalment il-kategoriji li ġejjin:
1. Likwidi Joniċi
Il-likwidi joniċi huma likwidi magħmula minn katjoni organiċi u anjoni organiċi jew inorganiċi, ġeneralment b'volatilità baxxa, stabbiltà termali għolja u aġġustabilità għolja. Xi likwidi joniċi jistgħu jxolju ċ-ċelluloża, u l-mekkaniżmu ewlieni huwa li jkissru l-bonds tal-idroġenu bejn il-ktajjen molekulari taċ-ċelluloża. Likwidi joniċi komuni li jxolju ċ-ċelluloża jinkludu:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): Dan il-likwidu joniku jxolji ċ-ċelluloża billi jinteraġixxi ma' bonds tal-idroġenu fiċ-ċelluloża permezz ta' aċċetturi ta' bonds tal-idroġenu.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Dan il-likwidu joniku jista' jxolji konċentrazzjonijiet għoljin ta' ċelluloża taħt kundizzjonijiet relattivament ħfief.
2. Soluzzjoni ta' ossidant tal-amina
Soluzzjoni ta' ossidant tal-amina bħal soluzzjoni mħallta ta' dietilamina (DEA) u klorur tar-ram tissejjaħ [soluzzjoni ta' Cu(II)-ammonju], li hija sistema ta' solvent qawwija li tista' tħoll iċ-ċelluloża. Din teqred l-istruttura kristallina taċ-ċelluloża permezz tal-ossidazzjoni u r-rabtiet tal-idroġenu, u b'hekk il-katina molekulari taċ-ċelluloża ssir aktar ratba u aktar solubbli.
3. Sistema tal-klorur tal-litju-dimetilaċetamide (LiCl-DMAc)
Is-sistema LiCl-DMAc (klorur tal-litju-dimetilaċetamid) hija waħda mill-metodi klassiċi biex tinħall iċ-ċelluloża. LiCl jista' jifforma kompetizzjoni għal bonds tal-idroġenu, u b'hekk jeqred in-netwerk ta' bonds tal-idroġenu bejn il-molekuli taċ-ċelluloża, filwaqt li DMAc bħala solvent jista' jinteraġixxi tajjeb mal-katina molekulari taċ-ċelluloża.
4. Soluzzjoni ta' aċidu idrokloriku/klorur taż-żingu
Is-soluzzjoni tal-aċidu idrokloriku/klorur taż-żingu hija reaġent li ġie skopert bikri li jista' jxolji ċ-ċelluloża. Jista' jxolji ċ-ċelluloża billi jifforma effett ta' koordinazzjoni bejn il-klorur taż-żingu u l-ktajjen molekulari taċ-ċelluloża, u l-aċidu idrokloriku jeqred il-bonds tal-idroġenu bejn il-molekuli taċ-ċelluloża. Madankollu, din is-soluzzjoni hija korrużiva ħafna għat-tagħmir u hija limitata f'applikazzjonijiet prattiċi.
5. Enżimi fibrinolitiċi
L-enzimi fibrinolitiċi (bħal ċellulażi) iħollu ċ-ċelluloża billi jikkatalizzaw id-dekompożizzjoni taċ-ċelluloża f'oligosakkaridi u monosakkaridi iżgħar. Dan il-metodu għandu firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet fl-oqsma tal-bijodegradazzjoni u l-konverżjoni tal-bijomassa, għalkemm il-proċess ta' dissoluzzjoni tiegħu mhuwiex kompletament dissoluzzjoni kimika, iżda jinkiseb permezz tal-bijokatalisi.
(3) Mekkaniżmu ta' dissoluzzjoni taċ-ċelluloża
Reaġenti differenti għandhom mekkaniżmi differenti biex iħollu ċ-ċelluloża, iżda ġeneralment jistgħu jiġu attribwiti għal żewġ mekkaniżmi ewlenin:
Qerda ta' bonds tal-idroġenu: Il-qerda tal-bonds tal-idroġenu bejn il-ktajjen molekulari taċ-ċelluloża permezz tal-formazzjoni kompetittiva ta' bonds tal-idroġenu jew interazzjoni jonika, u b'hekk din tinħall.
Rilassament tal-katina molekulari: Żieda fl-irtubija tal-ktajjen molekulari taċ-ċelluloża u tnaqqis tal-kristallinità tal-ktajjen molekulari permezz ta' mezzi fiżiċi jew kimiċi, sabiex ikunu jistgħu jinħallu f'solventi.
(4) Applikazzjonijiet prattiċi tad-dissoluzzjoni taċ-ċelluloża
Id-dissoluzzjoni taċ-ċelluloża għandha applikazzjonijiet importanti f'ħafna oqsma:
Preparazzjoni ta' derivattivi taċ-ċelluloża: Wara li tinħall iċ-ċelluloża, tista' tiġi modifikata kimikament aktar biex tipprepara eteri taċ-ċelluloża, esteri taċ-ċelluloża u derivattivi oħra, li jintużaw ħafna fl-ikel, fil-mediċina, fil-kisi u f'oqsma oħra.
Materjali bbażati fuq iċ-ċelluloża: Bl-użu taċ-ċelluloża maħlula, jistgħu jiġu ppreparati nanofibri taċ-ċelluloża, membrani taċ-ċelluloża u materjali oħra. Dawn il-materjali għandhom proprjetajiet mekkaniċi tajbin u bijokompatibilità.
Enerġija mill-bijomassa: Billi tinħall u tiddegrada ċ-ċelluloża, din tista' tiġi kkonvertita f'zokkor li jista' jiġi fermentat għall-produzzjoni ta' bijofjuwils bħall-bijoetanol, li jgħin biex jinkiseb l-iżvilupp u l-użu tal-enerġija rinnovabbli.
Id-dissoluzzjoni taċ-ċelluloża hija proċess kumpless li jinvolvi diversi mekkaniżmi kimiċi u fiżiċi. Likwidi joniċi, soluzzjonijiet ta' amino ossidanti, sistemi LiCl-DMAc, soluzzjonijiet ta' aċidu idrokloriku/klorur taż-żingu u enzimi ċellolitiċi bħalissa huma magħrufa li huma aġenti effettivi għad-dissoluzzjoni taċ-ċelluloża. Kull aġent għandu l-mekkaniżmu ta' dissoluzzjoni u l-qasam ta' applikazzjoni uniċi tiegħu stess. Bl-istudju fil-fond tal-mekkaniżmu ta' dissoluzzjoni taċ-ċelluloża, huwa maħsub li se jiġu żviluppati metodi ta' dissoluzzjoni aktar effiċjenti u li ma jagħmlux ħsara lill-ambjent, li jipprovdu aktar possibbiltajiet għall-użu u l-iżvilupp taċ-ċelluloża.
Ħin tal-posta: 09 ta' Lulju 2024