Дэлхий дээрх хамгийн элбэг органик полимер болох целлюлоз нь биомасс болон үйлдвэрлэлийн янз бүрийн материалын ихээхэн хэсгийг бүрдүүлдэг.Түүний гайхалтай бүтцийн бүрэн бүтэн байдал нь био түлш үйлдвэрлэх, хог хаягдлын менежмент зэрэг хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой үр ашигтай задралд бэрхшээл учруулдаг.Устөрөгчийн хэт исэл (H2O2) нь байгаль орчинд хоргүй шинж чанар, исэлдүүлэх шинж чанартай тул целлюлозыг уусгах боломжит нэр дэвшигч болж гарч ирсэн.
Оршил:
Целлюлоз нь β-1,4-гликозидын бондоор холбогдсон глюкозын нэгжүүдээс тогтсон полисахарид бөгөөд ургамлын эсийн хананы үндсэн бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсэг юм.Түүний биомассын элбэг дэлбэг байдал нь цаас, целлюлоз, нэхмэл эдлэл, биоэнерги зэрэг янз бүрийн үйлдвэрүүдэд сонирхолтой нөөц болдог.Гэсэн хэдий ч целлюлозын фибрил дэх устөрөгчийн бат бөх холбоо нь түүнийг ихэнх уусгагчид уусгахад тэсвэртэй болгож, түүнийг үр ашигтай ашиглах, дахин боловсруулахад бэрхшээл учруулдаг.
Целлюлозыг уусгах уламжлалт аргууд нь ихэвчлэн хүрээлэн буй орчны асуудал, эрчим хүчний өндөр зарцуулалттай холбоотой төвлөрсөн хүчил эсвэл ионы шингэн зэрэг хатуу ширүүн нөхцөлд ордог.Үүний эсрэгээр устөрөгчийн хэт исэл нь бага зэргийн исэлдүүлэх шинж чанартай, байгаль орчинд ээлтэй целлюлоз боловсруулах чадвартай тул ирээдүйтэй хувилбарыг санал болгодог.Энэхүү баримт бичигт устөрөгчийн хэт исэлээр үүсгэгдсэн целлюлозын уусалтын үндсэн механизмыг судалж, түүний үр нөлөө, практик хэрэглээг үнэлдэг.
Устөрөгчийн хэт ислээр целлюлозыг уусгах механизмууд:
Целлюлозыг устөрөгчийн хэт ислээр уусгахад нарийн төвөгтэй химийн урвалууд, ялангуяа гликозидын бондын исэлдэлтийн задрал, молекул хоорондын устөрөгчийн холбоо тасалддаг.Уг процесс нь ихэвчлэн дараах алхмуудаар явагддаг.
Гидроксил бүлгүүдийн исэлдэлт: Устөрөгчийн хэт исэл нь целлюлозын гидроксил бүлгүүдтэй харилцан үйлчлэлцэж, шилжилтийн металлын ионуудтай фентон эсвэл фентонтой төстэй урвалаар гидроксил радикал (•OH) үүсэхэд хүргэдэг.Эдгээр радикалууд нь гликозидын холбоог довтолж, гинжин хэлхээний таслалтыг эхлүүлж, целлюлозын богино хэсгүүдийг үүсгэдэг.
Устөрөгчийн холбоо тасрах: Гидроксил радикалууд нь целлюлозын гинж хоорондын устөрөгчийн холболтын сүлжээг тасалдуулж, ерөнхий бүтцийг сулруулж, уусалтыг хөнгөвчилдөг.
Уусдаг дериватив үүсэх: Целлюлозын исэлдэлтийн задралын үр дүнд карбоксилын хүчил, альдегид, кетон зэрэг усанд уусдаг завсрын бодисууд үүсдэг.Эдгээр деривативууд нь уусах чадварыг нэмэгдүүлж, зуурамтгай чанарыг бууруулснаар уусах процесст хувь нэмэр оруулдаг.
Деполимеризаци ба хуваагдал: Цаашдын исэлдэлт ба задралын урвалууд нь целлюлозын гинжийг богино олигомер болгон деполимержих, эцэст нь уусдаг сахар эсвэл бусад бага молекул жинтэй бүтээгдэхүүнд хүргэдэг.
Устөрөгчийн хэт исэлтэй целлюлозыг уусгахад нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд:
Устөрөгчийн хэт ислийг ашиглан целлюлозыг уусгах үр ашигт янз бүрийн хүчин зүйл нөлөөлдөг, үүнд:
Устөрөгчийн хэт ислийн концентраци: Устөрөгчийн хэт ислийн өндөр концентраци нь ихэвчлэн урвалын хурдыг нэмэгдүүлж, целлюлозыг илүү ихээр задалдаг.Гэсэн хэдий ч хэт өндөр концентраци нь гаж нөлөө эсвэл хүсээгүй дайвар бүтээгдэхүүнд хүргэж болзошгүй юм.
рН ба температур: Урвалын орчны рН нь гидроксил радикал үүсэх, целлюлозын деривативын тогтвортой байдалд нөлөөлдөг.Целлюлозын уусалтыг мэдэгдэхүйц доройтуулахгүйгээр нэмэгдүүлэхийн тулд дунд зэргийн хүчиллэг нөхцөлийг (рН 3-5) илүүд үздэг.Нэмж дурдахад температур нь урвалын кинетикт нөлөөлдөг бөгөөд өндөр температур нь ерөнхийдөө уусах процессыг хурдасгадаг.
Катализатор байгаа эсэх: Төмөр эсвэл зэс зэрэг шилжилтийн металлын ионууд нь устөрөгчийн хэт ислийн задралыг хурдасгаж, гидроксил радикал үүсэхийг сайжруулдаг.Гэсэн хэдий ч сөрөг урвалыг багасгах, бүтээгдэхүүний чанарыг хангахын тулд катализаторын сонголт, түүний концентрацийг сайтар оновчтой болгох шаардлагатай.
Целлюлозын морфологи ба талст чанар: Целлюлозын гинж нь устөрөгчийн хэт исэл ба гидроксил радикалуудад хүртээмжтэй байх нь материалын морфологи, талст бүтэцээс хамаардаг.Аморф бүсүүд нь өндөр талстлаг домайнуудтай харьцуулахад доройтолд илүү өртөмтгий байдаг тул хүртээмжийг сайжруулахын тулд урьдчилан боловсруулах эсвэл өөрчлөх стратеги шаарддаг.
Целлюлозыг уусгах дахь устөрөгчийн хэт ислийн давуу тал ба хэрэглээ:
Устөрөгчийн хэт исэл нь уламжлалт аргуудтай харьцуулахад целлюлозыг уусгахад хэд хэдэн давуу талтай байдаг.
Байгаль орчинд нийцтэй байдал: Хүхрийн хүчил эсвэл хлоржуулсан уусгагч гэх мэт хатуу химийн бодисуудаас ялгаатай нь устөрөгчийн хэт исэл нь харьцангуй хоргүй бөгөөд зөөлөн нөхцөлд ус, хүчилтөрөгч болж задардаг.Энэхүү байгаль орчинд ээлтэй шинж чанар нь целлюлозыг тогтвортой боловсруулах, хог хаягдлыг цэвэрлэхэд тохиромжтой.
Зөөлөн урвалын нөхцөл: Устөрөгчийн хэт ислийн тусламжтайгаар целлюлозыг уусгах нь өндөр температурт хүчиллэг гидролиз эсвэл ионы шингэний боловсруулалттай харьцуулахад эрчим хүчний хэрэглээ болон ашиглалтын зардлыг бууруулж, бага зэргийн температур, даралтын нөхцөлд хийж болно.
Сонгомол исэлдэлт: Устөрөгчийн хэт ислээр гликозидын бондын исэлдэлтийн задралыг тодорхой хэмжээгээр хянаж, целлюлозын гинжийг сонгон өөрчлөх, өвөрмөц шинж чанартай тусгай дериватив үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.
Олон талт хэрэглээ: Устөрөгчийн хэт исэлээр уусгах замаар гаргаж авсан уусдаг целлюлозын деривативууд нь био түлшний үйлдвэрлэл, функциональ материал, биоанагаахын төхөөрөмж, бохир ус цэвэрлэх зэрэг янз бүрийн салбарт хэрэглэгдэх боломжтой.
Сорилт ба ирээдүйн чиг хандлага:
Хэдийгээр ирээдүйтэй шинж чанаруудыг үл харгалзан устөрөгчийн хэт исэлээр үүсгэгдсэн целлюлозыг уусгах нь хэд хэдэн сорилттой тулгардаг бөгөөд сайжруулах шаардлагатай байдаг.
Сонголт ба гарц: Гаж урвал багатай уусдаг целлюлозын деривативын өндөр гарцыг олж авах нь ялангуяа лигнин ба гемицеллюлоз агуулсан биомассын нийлмэл түүхий эдүүдийн хувьд бэрхшээлтэй хэвээр байна.
Өргөтгөх ба процессын интеграцчилал: Устөрөгчийн хэт исэлд суурилсан целлюлозыг уусгах процессыг үйлдвэрлэлийн түвшинд хүргэхийн тулд эдийн засгийн үр ашигтай байдал, байгаль орчны тогтвортой байдлыг хангахын тулд реакторын дизайн, уусгагчийг нөхөн сэргээх, боловсруулалтын дараах үе шатуудыг анхааралтай авч үзэх шаардлагатай.
Катализаторын хөгжил: Устөрөгчийн хэт ислийг идэвхжүүлэх, целлюлозыг исэлдүүлэх үр ашигтай катализаторын загвар нь урвалын хурд, сонгомол чанарыг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ катализаторын ачаалал болон дайвар бүтээгдэхүүн үүсэхийг багасгахад чухал ач холбогдолтой.
Дайвар бүтээгдэхүүний үнэлгээ: Карбоксилын хүчил эсвэл олигомер сахар зэрэг устөрөгчийн хэт исэлээр үүсгэгдсэн целлюлозыг уусгах явцад үүссэн дайвар бүтээгдэхүүнийг үнэлэх стратеги нь үйл явцын ерөнхий тогтвортой байдал, эдийн засгийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх болно.
Устөрөгчийн хэт исэл нь целлюлозыг уусгах ногоон, олон талт уусгагч болохын тулд байгаль орчинд нийцтэй, бага зэргийн урвалын нөхцөл, сонгомол исэлдэлт зэрэг давуу талуудыг санал болгодог.Үргэлжлүүлж буй сорилтуудыг үл харгалзан үндсэн механизмыг тодруулах, урвалын параметрүүдийг оновчтой болгох, шинэ хэрэглээг судлахад чиглэсэн үргэлжлүүлэн судалгааны хүчин чармайлт нь целлюлозын валоризаци хийх устөрөгчийн хэт исэлд суурилсан процессын боломж, тогтвортой байдлыг улам сайжруулах болно.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 4-р сарын 10