Tsellyuloza β-1,4-glikozidik bog'lanishlar bilan bog'langan ko'plab glyukoza birliklaridan tashkil topgan murakkab polisaxariddir. U o'simlik hujayra devorlarining asosiy komponenti bo'lib, o'simlik hujayra devorlariga kuchli strukturaviy tayanch va chidamlilik beradi. Uzoq tsellyuloza molekulyar zanjiri va yuqori kristalligi tufayli u kuchli barqarorlik va erimaslikka ega.
(1) Tsellyulozaning xususiyatlari va erishi qiyinligi
Tsellyuloza quyidagi xususiyatlarga ega bo'lib, uni eritishni qiyinlashtiradi:
Yuqori kristallik: Tsellyuloza molekulyar zanjirlari vodorod bog'lanishlari va van der Waals kuchlari orqali zich panjara tuzilishini hosil qiladi.
Polimerlanishning yuqori darajasi: Tsellyulozaning polimerlanish darajasi (ya'ni molekulyar zanjir uzunligi) yuqori bo'lib, odatda yuzlab glyukoza birliklaridan minglab glyukoza birliklarigacha o'zgaradi, bu esa molekulaning barqarorligini oshiradi.
Vodorod bogʻlanish tarmogʻi: Vodorod bogʻlanishlari tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasida va ichida keng tarqalgan boʻlib, umumiy erituvchilar tomonidan yoʻq qilinishini va eritilishini qiyinlashtiradi.
(2) Tsellyulozani erituvchi reagentlar
Hozirgi vaqtda tsellyulozani samarali eritishi mumkin bo'lgan ma'lum reagentlar asosan quyidagi toifalarni o'z ichiga oladi:
1. Ion suyuqliklari
Ion suyuqliklari - bu organik kationlar va organik yoki noorganik anionlardan tashkil topgan, odatda past o'zgaruvchanlik, yuqori issiqlik barqarorligi va yuqori sozlanishi mumkin bo'lgan suyuqliklardir. Ba'zi ion suyuqliklari tsellyulozani eritishi mumkin va asosiy mexanizm tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasidagi vodorod bog'lanishlarini uzishdir. Tsellyulozani eritadigan keng tarqalgan ion suyuqliklarga quyidagilar kiradi:
1-Butil-3-metilimidazolium xlorid ([BMIM]Cl): Bu ionli suyuqlik tsellyulozadagi vodorod bog'lari bilan vodorod bog'lanish akseptorlari orqali o'zaro ta'sir qilish orqali tsellyulozani eritadi.
1-Etil-3-metilimidazolium asetat ([EMIM][Ac]): Bu ionli suyuqlik nisbatan yumshoq sharoitlarda yuqori konsentratsiyali tsellyulozani eritishi mumkin.
2. Amin oksidlovchi eritmasi
Dietilamin (DEA) va mis xloridning aralash eritmasi kabi amin oksidlovchi eritma [Cu(II)-ammoniy eritmasi] deb ataladi, bu tsellyulozani eritishi mumkin bo'lgan kuchli erituvchi tizimdir. U oksidlanish va vodorod bog'lanishi orqali tsellyulozaning kristall tuzilishini yo'q qiladi, bu esa tsellyuloza molekulyar zanjirini yumshoqroq va eruvchanroq qiladi.
3. Lityum xlorid-dimetilatsetamid (LiCl-DMAc) tizimi
LiCl-DMAc (lityum xlorid-dimetilatsetamid) tizimi tsellyulozani eritishning klassik usullaridan biridir. LiCl vodorod bog'lanishlari uchun raqobat hosil qilishi va shu bilan tsellyuloza molekulalari orasidagi vodorod bog'lanish tarmog'ini yo'q qilishi mumkin, erituvchi sifatida esa DMAc tsellyuloza molekulyar zanjiri bilan yaxshi o'zaro ta'sir qilishi mumkin.
4. Xlorid kislotasi/rux xlorid eritmasi
Xlorid kislotasi/rux xlorid eritmasi tsellyulozani eritishi mumkin bo'lgan ilk kashf etilgan reagentdir. U rux xlorid va tsellyuloza molekulyar zanjirlari o'rtasida koordinatsiya effektini hosil qilish va xlorid kislotasi tsellyuloza molekulalari orasidagi vodorod bog'lanishlarini yo'q qilish orqali tsellyulozani eritishi mumkin. Biroq, bu eritma uskunalarga juda korroziyali va amaliy qo'llanilishi cheklangan.
5. Fibrinolitik fermentlar
Fibrinolitik fermentlar (masalan, tsellyulazalar) tsellyulozaning mayda oligosakkaridlar va monosaxaridlarga parchalanishini katalizlash orqali tsellyulozani eritadi. Bu usul bioparchalanish va biomassani konvertatsiya qilish sohalarida keng qo'llaniladi, garchi uning eritish jarayoni to'liq kimyoviy eritish bo'lmasa-da, biokataliz orqali amalga oshiriladi.
(3) Tsellyulozaning erishi mexanizmi
Turli xil reaktivlar tsellyulozani eritishning turli mexanizmlariga ega, ammo umuman olganda ularni ikkita asosiy mexanizmga bog'lash mumkin:
Vodorod bog'lanishlarining yo'q qilinishi: Tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasidagi vodorod bog'lanishlarini raqobatbardosh vodorod bog'lanish hosil bo'lishi yoki ion o'zaro ta'siri orqali yo'q qilish, bu uni eriydi.
Molekulyar zanjirning relaksatsiyasi: Tsellyuloza molekulyar zanjirlarining yumshoqligini oshirish va molekulyar zanjirlarning kristalligini fizik yoki kimyoviy vositalar orqali kamaytirish, shunda ular erituvchilarda eriydi.
(4) Tsellyuloza eritilishining amaliy qo'llanilishi
Tsellyuloza erishi ko'plab sohalarda muhim qo'llanmalarga ega:
Tsellyuloza hosilalarini tayyorlash: Tsellyuloza eritilgandan so'ng, uni oziq-ovqat, tibbiyot, qoplamalar va boshqa sohalarda keng qo'llaniladigan tsellyuloza efirlari, tsellyuloza efirlari va boshqa hosilalarni tayyorlash uchun qo'shimcha kimyoviy modifikatsiya qilish mumkin.
Tsellyuloza asosidagi materiallar: Erigan tsellyuloza, tsellyuloza nanofiberlari, tsellyuloza membranalari va boshqa materiallarni tayyorlash mumkin. Bu materiallar yaxshi mexanik xususiyatlarga va biomoslikka ega.
Biomassa energiyasi: Tsellyulozani eritish va parchalash orqali uni bioetanol kabi bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun fermentlanadigan shakarga aylantirish mumkin, bu esa qayta tiklanadigan energiyani rivojlantirish va ulardan foydalanishga yordam beradi.
Tsellyuloza erishi ko'plab kimyoviy va fizik mexanizmlarni o'z ichiga olgan murakkab jarayondir. Ion suyuqliklari, aminokislotalar eritmalari, LiCl-DMAc tizimlari, xlorid kislota/rux xlorid eritmalari va tsellyuloza fermentlari hozirda tsellyulozani eritish uchun samarali vositalar sifatida ma'lum. Har bir vositaning o'ziga xos eritish mexanizmi va qo'llanilish sohasi mavjud. Tsellyuloza erishi mexanizmini chuqur o'rganish bilan tsellyulozadan foydalanish va rivojlantirish uchun ko'proq imkoniyatlar yaratadigan yanada samarali va ekologik toza eritish usullari ishlab chiqiladi, deb ishoniladi.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 9-iyul