Ang selulusa ay isang masalimuot na polysaccharide na binubuo ng maraming yunit ng glucose na pinagdurugtong ng mga β-1,4-glycosidic bond. Ito ang pangunahing bahagi ng mga dingding ng selula ng halaman at nagbibigay sa mga dingding ng selula ng halaman ng matibay na suporta sa istruktura at tibay. Dahil sa mahabang kadena ng molekula ng selulusa at mataas na kristalinidad, mayroon itong matibay na katatagan at hindi matutunaw.
(1) Mga katangian ng selulusa at kahirapan sa pagkatunaw
Ang Cellulose ay may mga sumusunod na katangian na nagpapahirap sa pagkatunaw nito:
Mataas na kristalinidad: Ang mga kadena ng molekula ng cellulose ay bumubuo ng isang masikip na istruktura ng sala-sala sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen at mga puwersa ng van der Waals.
Mataas na antas ng polimerisasyon: Mataas ang antas ng polimerisasyon (ibig sabihin, ang haba ng kadenang molekular) ng selulusa, karaniwang mula daan-daan hanggang libu-libong yunit ng glucose, na nagpapataas sa katatagan ng molekula.
Network ng hydrogen bond: Ang mga hydrogen bond ay malawak na matatagpuan sa pagitan at sa loob ng mga cellulose molecular chain, na nagpapahirap sa pagkasira at pagkatunaw nito ng mga pangkalahatang solvent.
(2) Mga reagent na tumutunaw sa cellulose
Sa kasalukuyan, ang mga kilalang reagent na maaaring epektibong matunaw ang cellulose ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na kategorya:
1. Mga Ionic na Likido
Ang mga ionic liquid ay mga likidong binubuo ng mga organikong cation at organiko o inorganikong anion, kadalasang may mababang volatility, mataas na thermal stability at mataas na adjustability. Ang ilang ionic liquid ay maaaring magtunaw ng cellulose, at ang pangunahing mekanismo ay ang pagsira sa mga hydrogen bond sa pagitan ng mga cellulose molecular chain. Ang mga karaniwang ionic liquid na nagtutunaw ng cellulose ay kinabibilangan ng:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): Tinutunaw ng ionic liquid na ito ang cellulose sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa mga hydrogen bond sa cellulose sa pamamagitan ng mga hydrogen bond acceptor.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Kayang tunawin ng ionic liquid na ito ang mataas na konsentrasyon ng cellulose sa ilalim ng medyo banayad na mga kondisyon.
2. Solusyon ng amine oxidant
Ang solusyon ng amine oxidant tulad ng pinaghalong solusyon ng diethylamine (DEA) at copper chloride ay tinatawag na [Cu(II)-ammonium solution], na isang malakas na sistema ng solvent na kayang tunawin ang cellulose. Sinisira nito ang istrukturang kristal ng cellulose sa pamamagitan ng oksihenasyon at hydrogen bonding, na ginagawang mas malambot at mas natutunaw ang kadena ng molekula ng cellulose.
3. Sistemang Lithium chloride-dimethylacetamide (LiCl-DMAc)
Ang sistemang LiCl-DMAc (lithium chloride-dimethylacetamide) ay isa sa mga klasikong pamamaraan para sa pagtunaw ng cellulose. Ang LiCl ay maaaring bumuo ng isang kompetisyon para sa mga hydrogen bond, sa gayon ay sinisira ang network ng hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula ng cellulose, habang ang DMAc bilang isang solvent ay maaaring makipag-ugnayan nang maayos sa kadena ng molekula ng cellulose.
4. Solusyon ng hydrochloric acid/zinc chloride
Ang solusyon ng hydrochloric acid/zinc chloride ay isang maagang natuklasang reagent na kayang tunawin ang cellulose. Maaari nitong tunawin ang cellulose sa pamamagitan ng pagbuo ng coordination effect sa pagitan ng zinc chloride at cellulose molecular chains, at hydrochloric acid na sumisira sa mga hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula ng cellulose. Gayunpaman, ang solusyong ito ay lubos na nakakasira sa kagamitan at limitado sa praktikal na aplikasyon.
5. Mga enzyme na fibrinolytic
Tinutunaw ng mga fibrinolytic enzyme (tulad ng mga cellulase) ang cellulose sa pamamagitan ng pag-catalyze sa dekomposisyon ng cellulose sa mas maliliit na oligosaccharides at monosaccharides. Ang pamamaraang ito ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa mga larangan ng biodegradation at biomass conversion, bagaman ang proseso ng paglusaw nito ay hindi ganap na kemikal na paglusaw, ngunit nakakamit sa pamamagitan ng biocatalysis.
(3) Mekanismo ng pagkatunaw ng selulusa
Ang iba't ibang reagent ay may iba't ibang mekanismo para sa pagtunaw ng cellulose, ngunit sa pangkalahatan ay maiuugnay ang mga ito sa dalawang pangunahing mekanismo:
Pagkasira ng mga hydrogen bond: Pagsira sa mga hydrogen bond sa pagitan ng mga cellulose molecular chain sa pamamagitan ng competitive hydrogen bond formation o ionic interaction, na ginagawa itong natutunaw.
Pagluwag ng molekular na kadena: Pagpapataas ng lambot ng mga molekular na kadena ng cellulose at pagbabawas ng kristalinidad ng mga molekular na kadena sa pamamagitan ng pisikal o kemikal na pamamaraan, upang matunaw ang mga ito sa mga solvent.
(4) Praktikal na aplikasyon ng paglusaw ng selulusa
Ang paglusaw ng selulusa ay may mahahalagang aplikasyon sa maraming larangan:
Paghahanda ng mga derivatives ng cellulose: Pagkatapos matunaw ang cellulose, maaari itong mabago pa sa pamamagitan ng kemikal upang ihanda ang mga cellulose ether, cellulose ester at iba pang derivatives, na malawakang ginagamit sa pagkain, gamot, patong at iba pang larangan.
Mga materyales na nakabatay sa selulusa: Maaaring ihanda ang mga materyales gamit ang dissolved cellulose, cellulose nanofibers, cellulose membranes, at iba pang materyales. Ang mga materyales na ito ay may mahusay na mekanikal na katangian at biocompatibility.
Enerhiya ng biomass: Sa pamamagitan ng pagtunaw at pagpapahina ng cellulose, maaari itong gawing mga fermentable sugars para sa produksyon ng mga biofuel tulad ng bioethanol, na nakakatulong upang makamit ang pagpapaunlad at paggamit ng renewable energy.
Ang paglusaw ng cellulose ay isang masalimuot na proseso na kinasasangkutan ng maraming mekanismong kemikal at pisikal. Ang mga ionic liquid, amino oxidant solution, LiCl-DMAc system, hydrochloric acid/zinc chloride solution at cellolytic enzyme ay kasalukuyang kilala bilang mabisang ahente para sa paglusaw ng cellulose. Ang bawat ahente ay may kanya-kanyang natatanging mekanismo ng paglusaw at larangan ng aplikasyon. Sa pamamagitan ng malalimang pag-aaral ng mekanismo ng paglusaw ng cellulose, pinaniniwalaan na mas mahusay at environment-friendly na mga pamamaraan ng paglusaw ang mabubuo, na magbibigay ng mas maraming posibilidad para sa paggamit at pagpapaunlad ng cellulose.
Oras ng pag-post: Hulyo-09-2024