सेल्युलोज β-1,4-ग्लाइकोसिडिक बन्धनद्वारा जोडिएका धेरै ग्लुकोज एकाइहरू मिलेर बनेको जटिल पोलिसेकराइड हो। यो बिरुवाको कोष भित्ताहरूको मुख्य घटक हो र यसले बिरुवाको कोष भित्ताहरूलाई बलियो संरचनात्मक समर्थन र कठोरता दिन्छ। लामो सेल्युलोज आणविक श्रृंखला र उच्च क्रिस्टलिनिटीको कारण, यसमा बलियो स्थिरता र अघुलनशीलता छ।
(१) सेल्युलोजको गुण र घुलनमा कठिनाई
सेल्युलोजमा निम्न गुणहरू छन् जसले यसलाई घुलनशील बनाउन गाह्रो बनाउँछ:
उच्च क्रिस्टलीयता: सेल्युलोज आणविक शृङ्खलाहरूले हाइड्रोजन बन्धन र भ्यान डेर वाल्स बलहरू मार्फत कडा जाली संरचना बनाउँछन्।
उच्च स्तरको पोलिमराइजेसन: सेल्युलोजको पोलिमराइजेसनको डिग्री (अर्थात् आणविक श्रृंखलाको लम्बाइ) उच्च हुन्छ, सामान्यतया सयौंदेखि हजारौं ग्लुकोज एकाइहरू सम्म हुन्छ, जसले अणुको स्थिरता बढाउँछ।
हाइड्रोजन बन्धन सञ्जाल: हाइड्रोजन बन्धनहरू सेल्युलोज आणविक शृङ्खलाहरू बीच र भित्र व्यापक रूपमा उपस्थित हुन्छन्, जसले गर्दा सामान्य विलायकहरूद्वारा नष्ट र विघटन गर्न गाह्रो हुन्छ।
(२) सेल्युलोज विघटन गर्ने अभिकर्मकहरू
हाल, सेल्युलोजलाई प्रभावकारी रूपमा विघटन गर्न सक्ने ज्ञात अभिकर्मकहरूमा मुख्यतया निम्न वर्गहरू समावेश छन्:
१. आयोनिक तरल पदार्थ
आयोनिक तरल पदार्थ भनेको जैविक क्याशन र जैविक वा अजैविक आयनहरू मिलेर बनेको तरल पदार्थ हो, जसमा सामान्यतया कम अस्थिरता, उच्च थर्मल स्थिरता र उच्च समायोजन क्षमता हुन्छ। केही आयोनिक तरल पदार्थहरूले सेल्युलोजलाई विघटन गर्न सक्छन्, र मुख्य संयन्त्र भनेको सेल्युलोज आणविक चेनहरू बीचको हाइड्रोजन बन्धन तोड्नु हो। सेल्युलोजलाई विघटन गर्ने सामान्य आयोनिक तरल पदार्थहरूमा समावेश छन्:
१-ब्यूटिल-३-मेथिलिमिडाजोलियम क्लोराइड ([BMIM]Cl): यो आयनिक तरल पदार्थले हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ताहरू मार्फत सेल्युलोजमा हाइड्रोजन बन्डहरूसँग अन्तरक्रिया गरेर सेल्युलोजलाई पगाल्छ।
१-इथिल-३-मेथिलिमिडाजोलियम एसीटेट ([EMIM][Ac]): यो आयनिक तरल पदार्थले अपेक्षाकृत हल्का अवस्थामा सेल्युलोजको उच्च सांद्रतालाई पगाल्न सक्छ।
२. एमाइन अक्सिडेन्ट घोल
डाइथाइलमाइन (DEA) र तामा क्लोराइडको मिश्रित घोल जस्ता एमाइन अक्सिडेन्ट घोललाई [Cu(II)-अमोनियम घोल] भनिन्छ, जुन सेल्युलोजलाई घुलनशील बनाउन सक्ने बलियो विलायक प्रणाली हो। यसले अक्सिडेशन र हाइड्रोजन बन्धन मार्फत सेल्युलोजको क्रिस्टल संरचनालाई नष्ट गर्छ, जसले सेल्युलोज आणविक श्रृंखलालाई नरम र अधिक घुलनशील बनाउँछ।
३. लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलएसिटामाइड (LiCl-DMAc) प्रणाली
सेल्युलोज विघटन गर्ने क्लासिक विधिहरू मध्ये एक LiCl-DMAc (लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलएसिटामाइड) प्रणाली हो। LiCl ले हाइड्रोजन बन्डको लागि प्रतिस्पर्धा सिर्जना गर्न सक्छ, जसले गर्दा सेल्युलोज अणुहरू बीचको हाइड्रोजन बन्ड नेटवर्क नष्ट हुन्छ, जबकि विलायकको रूपमा DMAc ले सेल्युलोज आणविक श्रृंखलासँग राम्रोसँग अन्तरक्रिया गर्न सक्छ।
४. हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड घोल
हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड घोल एक प्रारम्भिक पत्ता लागेको अभिकर्मक हो जसले सेल्युलोजलाई विघटन गर्न सक्छ। यसले जिंक क्लोराइड र सेल्युलोज आणविक शृङ्खलाहरू बीच समन्वय प्रभाव बनाएर सेल्युलोजलाई विघटन गर्न सक्छ, र हाइड्रोक्लोरिक एसिडले सेल्युलोज अणुहरू बीचको हाइड्रोजन बन्धनलाई नष्ट गर्छ। यद्यपि, यो घोल उपकरणको लागि अत्यधिक संक्षारक छ र व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा सीमित छ।
५. फाइब्रिनोलाइटिक इन्जाइमहरू
फाइब्रिनोलाइटिक इन्जाइमहरू (जस्तै सेल्युलेस) ले सेल्युलोजको विघटनलाई साना ओलिगोसेकराइड र मोनोसेकराइडमा उत्प्रेरित गरेर सेल्युलोजलाई विघटन गर्दछ। यो विधिको जैविक विघटन र बायोमास रूपान्तरणको क्षेत्रमा विस्तृत दायराका अनुप्रयोगहरू छन्, यद्यपि यसको विघटन प्रक्रिया पूर्ण रूपमा रासायनिक विघटन होइन, तर बायोकैटालिसिस मार्फत प्राप्त गरिन्छ।
(३) सेल्युलोज विघटनको संयन्त्र
सेल्युलोज विघटन गर्ने विभिन्न अभिकर्मकहरूमा फरक-फरक संयन्त्रहरू हुन्छन्, तर सामान्यतया तिनीहरूलाई दुई मुख्य संयन्त्रहरूमा श्रेय दिन सकिन्छ:
हाइड्रोजन बन्धनको विनाश: प्रतिस्पर्धी हाइड्रोजन बन्धन गठन वा आयनिक अन्तरक्रिया मार्फत सेल्युलोज आणविक शृङ्खलाहरू बीचको हाइड्रोजन बन्धनलाई नष्ट गर्दै, यसलाई घुलनशील बनाउँछ।
आणविक श्रृंखला विश्राम: सेल्युलोज आणविक श्रृंखलाहरूको कोमलता बढाउने र भौतिक वा रासायनिक माध्यमबाट आणविक श्रृंखलाहरूको क्रिस्टलीयता घटाउने, ताकि तिनीहरूलाई विलायकहरूमा घुलनशील बनाउन सकियोस्।
(४) सेल्युलोज विघटनको व्यावहारिक प्रयोगहरू
सेल्युलोज विघटनको धेरै क्षेत्रहरूमा महत्त्वपूर्ण प्रयोगहरू छन्:
सेल्युलोज डेरिभेटिभको तयारी: सेल्युलोज विघटन गरेपछि, यसलाई थप रासायनिक रूपमा परिमार्जन गरेर सेल्युलोज इथर, सेल्युलोज एस्टर र अन्य डेरिभेटिभहरू तयार गर्न सकिन्छ, जुन खाना, औषधि, कोटिंग्स र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
सेल्युलोजमा आधारित सामग्रीहरू: घुलनशील सेल्युलोज, सेल्युलोज न्यानोफाइबर, सेल्युलोज झिल्ली र अन्य सामग्रीहरू प्रयोग गरेर तयार गर्न सकिन्छ। यी सामग्रीहरूमा राम्रो यान्त्रिक गुणहरू र जैविक अनुकूलता छ।
बायोमास ऊर्जा: सेल्युलोजलाई घुलाएर र घटाएर, यसलाई बायोइथानोल जस्ता जैविक इन्धन उत्पादनको लागि किण्वनयोग्य चिनीमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ, जसले नवीकरणीय ऊर्जाको विकास र उपयोग प्राप्त गर्न मद्दत गर्दछ।
सेल्युलोज विघटन एक जटिल प्रक्रिया हो जसमा धेरै रासायनिक र भौतिक संयन्त्रहरू समावेश छन्। आयोनिक तरल पदार्थ, एमिनो अक्सिडेन्ट समाधान, LiCl-DMAc प्रणाली, हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड समाधान र सेलोलाइटिक इन्जाइमहरू हाल सेल्युलोज विघटनका लागि प्रभावकारी एजेन्टहरू मानिन्छन्। प्रत्येक एजेन्टको आफ्नै अद्वितीय विघटन संयन्त्र र प्रयोग क्षेत्र हुन्छ। सेल्युलोज विघटन संयन्त्रको गहन अध्ययनको साथ, यो विश्वास गरिन्छ कि सेल्युलोजको उपयोग र विकासको लागि थप सम्भावनाहरू प्रदान गर्दै, अधिक कुशल र वातावरणमैत्री विघटन विधिहरू विकास गरिनेछ।
पोस्ट समय: जुलाई-०९-२०२४