Жердегі ең көп органикалық полимер целлюлозасы биомассаның және түрлі өндірістік материалдардың едәуір бөлігін құрайды. Оның керемет құрылымдық тұтастығы оның тиімді бұзылуына, биоотын өндірісі мен қалдықтарды басқару сияқты шешімдер үшін қиындықтар туғызады. Сутегі асқын тотығы (H2O2) өзінің экологиялық қауіпсіздігі мен тотықтырғыш қасиеттеріне байланысты целлюлозаны ерітіндіге әлеуетті үміткер ретінде пайда болды.
Кіріспе:
Целлюлоза, β-1,4-гликозидтік байланыстармен байланыстырылған глюкоза қондырғыларынан тұратын полисачарид, өсімдік жасуша қабырғаларындағы негізгі құрылымдық компонент болып табылады. Оның биомассадағы көптігі оны әр түрлі салалар үшін тартымды ресурстар, соның ішінде қағаздар мен целлюлоза, тоқыма және биоэнергетика етеді. Алайда, целлюлоза фибрилдеріндегі сенімді сутегі байланыс желісі оны тиімді пайдалану мен қайта өңдеудің қиыншылықтарын тудыратын, бұл ең ерітінділерде ыдырауға төзімді болып табылады.
Целлюлозаны ерітудің дәстүрлі әдістері, мысалы, шоғырланған қышқылдар немесе иондық сұйықтықтар сияқты қатал жағдайлар, мысалы, экологиялық мәселелермен және энергияны тұтынумен байланысты. Керісінше, сутегі асқын тотығуы оның жұмсақ тотығу табиғаты мен экологиялық таза целлюлозаны өңдеудің әлеуеті мен перспективалы балама ұсынады. Бұл құжат сутегі асханасы целлюлозиді целлюлоза ерітіндісін түпкілікті механизмдерге жояды және оның тиімділігі мен практикалық қосымшаларын бағалайды.
Сутегі асқын тотығымен целлюлозаны еріту механизмдері:
Сутегі асқын тотығымен целлюлозаны еріту кешенді химиялық реакциялар, ең алдымен гликозидтік байланыстарды және сутегі сутегі байланыстарын тоқтатуды қамтиды. Процесс әдетте келесі қадамдар бойынша түседі:
Гидроксил топтарының тотығуы: сутегі асқын тотығуы: целлюлоза гидроксил топтарымен реакция, гидроксил радикалдарының (• ох) қалыптасуына апарады, ол металл иондары болған кезде фентон немесе фентон тәрізді реакциялар арқылы гидроксил радикалдарының пайда болуына әкеледі. Бұл радикалдар гликозидтік байланыстарға шабуыл жасайды, тізбекті сығымдауды бастайды және целлюлоза фрагменттерін жасауды бастайды.
Сутегі байланыстыруының бұзылуы: Hydroxyl Radicals сонымен қатар целлюлоза тізбектері арасындағы сутегіге арналған желіні бұзады, жалпы құрылымды әлсіретеді және шешуге жеңілдетеді.
Еритін туынды құралдардың қалыптасуы: целлюлозаның тотығу деградациясы, карбинил қышқылдары, альдегидтер және кетондар сияқты суда еритін делдалдарды қалыптастыруға әкеледі. Бұл туындылар ерігіштігін арттыру және тұтқырлықты азайту арқылы тарату процесіне үлес қосады.
Деполимеризация және фрагментация: Әрі қарай тотығу және бөліну реакциясы целлюлозалық тізбектерді қысқа олигомерлерге, сайып келгенде еритін қантқа немесе басқа да молекулалық салмаққа әкеледі.
Сутегі ассоксидтеріне әсер ететін факторлар:
Сутегі асқын тотығуын қолданудың тиімділігі әр түрлі факторларға әсер етеді, соның ішінде:
Сутегі асқын тотығының концентрациясы: сутегі асқын тотығының жоғары концентрациясы, әдетте, реакцияның жылдамдығы және целлюлозаның кең тозуы нәтижесінде пайда болады. Алайда, тым жоғары концентрациялар бүйір реакцияларға немесе жағымсыз өнімдерге әкелуі мүмкін.
РН және температура: реакция ортасының рН гидроксил радикалдарының пайда болуына және целлюлоза туындыларының тұрақтылығына әсер етеді. Орташа қышқылдық жағдайлар (рН 3-5) көбінесе Целлюлоза ерітінділерін айтарлықтай деградациясыз жақсарту жөн. Сонымен қатар, температура реакция кинетикасына әсер етеді, көбінесе еріту процесін тездетеді.
Каталогтардың болуы: темір немесе мыс сияқты металл иондары, мысалы, темір немесе мыс сияқты, сутегі асқын тотығының ыдырауы және гидроксил радикалдарының түзілуін жақсартады. Алайда, катализаторды таңдау және оның концентрациясын таңдау керек, бүйірлік реакцияларды азайту және өнімнің сапасын қамтамасыз ету үшін мұқият оңтайландыру керек.
Целлюлоза морфологиясы және кристалли: целлюлозалық тізбектердің сутегі асқын тотығына және гидроксил радикалдарына қол жетімділігі материалдың морфологиясы мен кристалды құрылымына әсер етеді. Аморфты аймақтар жоғары кристалды домендерге қарағанда деградацияға көбірек сезімтал, сонымен қатар, алдын-ала рәсімделу немесе қол жетімділікті жақсарту үшін модификациялау стратегиясын қажет етеді.
Целлюлоза еріту кезіндегі сутегі асқынуларының артықшылықтары мен қосымшалары:
Сутегі асқын тотығы кәдімгі әдістермен салыстырғанда целлюлозаны ерітінді үшін бірнеше артықшылықтар ұсынады:
Экологиялық үйлесімділік: күкірт қышқылы немесе хлорланған еріткіштер сияқты қатты химикаттардан айырмашылығы, сутегі асқын тотығы, сутегі пероксиді, ал жұмсақ жағдайда су мен оттегіне ыдырайды. Бұл экологиялық таза сипаттама оны тұрақты целлюлозаны өңдеуге және қалдықтарды қалпына келтіруге жарамды етеді.
Жеңіл реакция шарттары: сутегі асқын тотығы бар целлюлоза ерітіндісі, температура мен қысымның жұмсақ жағдайларында, энергияны тұтынудың және жоғары температуралы қышқылды гидролизге немесе иондық сұйықтықпен салыстырғанда жедел шығындармен жүзеге асырылуы мүмкін.
Селективті тотығу: Гликозидтік байланыстың сутегі асқын тотығуының тотығуы белгілі бір дәрежеде бақылауға болады, бұл белгілі бір дәрежеде бақылауға болады, бұл целлюлозалық тізбектерді селективті өзгертуге және белгілі бір қасиеттері бар арнайы заттарды өндіруге мүмкіндік береді.
Жандандырылған қосымшалар: сутегі асқын ерітуден алынған еритін целлюлоза туындылары әртүрлі салаларда, соның ішінде биоотын өндірісі, функционалды материалдар, биологиялық материалдар, биологиялық құралдар және сарқынды суларды тазартуға мүмкіндік береді.
Қиындықтар мен болашақ бағыттар:
Болашақ атрибуттарға қарамастан, сутегі асханасы-араласқан целлюлоза ерітіндісі бірнеше қиындықтар мен абаттандырудың бағыттарымен кездеседі:
Таңбалаушылық және кірістілік: еритін целлюлоза туындыларының жоғары өнімділігіне қол жеткізу қиын, әсіресе лигнин және гемикеллюлоза бар күрделі биомасса шикізаттары үшін қиындық тудырады.
Салқындау және процесті интеграциялау: сутегі асқындағы целлюлоза негізіндегі целлюлозаны масштабтау Индустриалды деңгейлерге арналған целлюлоза-ерітінді процестерін кеңейту, экономикалық тұрақтылық пен экологиялық тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін реакторларды жасау, еріткішті қалпына келтіру және төменгі процешілерді мұқият қарауды қажет етеді.
Катализатордың дамуы: сутегі ассоксидті аксуданы және целлюлоза тотығуының тиімді катализаторларын жобалау және катализаторларды жүктеу кезінде реакция мөлшерлемесі мен селективтілікті арттыру үшін қажет.
Қосымша өнімдерді бағалау: сутегі асханасы бар целлюлоза ерітіндісінде пайда болған «карбинсил қышқылдары немесе олигомерлі қант» сияқты жанама өнімдерді бағалау стратегиясы, мысалы, процестің жалпы тұрақтылығы мен экономикалық тұрақтылығын одан әрі арттыра алады.
Сутегі асқын тотығы целлюлозаны ерітіндіге арналған жасыл және жан-жақты еріткіш ретінде үлкен уәде береді, қоршаған ортаның үйлесімділігі, жеңіл реакция шарттары және селективті тотығу сияқты артықшылықтар ұсынады. Үздіксіз мәселелерге қарамастан, негізгі тетіктерді түсіндіруге, реакция параметрлерін оңтайландыруға және роман қосымшаларын зерттеуге бағытталған ғылыми-зерттеу жұмыстарын жалғастыру және жаңашылдық қосымшалар Целлюлоза негізіндегі процестердің тұрақтылығы мен тұрақтылығын одан әрі арттырады.
POST уақыты: сәуір-10-2024