Целлюлоза, полимери органикии фаровон дар рӯи замин, як қисми зиёди биомасса ва маводи гуногуни саноатиро ташкил медиҳад. Ягонагии назарраси сохтории он барои тақсимоти самараноки он мушкилот эҷод мекунад, ки барои барномаҳо ба монанди истеҳсоли сӯзишвории биологӣ ва идоракунии партовҳо муҳим аст. Пероксиди гидроген (H2O2) бо сабаби табиати аз ҷиҳати экологӣ зараровар ва хосиятҳои оксидкунанда ҳамчун номзади эҳтимолӣ барои обшавии селлюлоза пайдо шудааст.
Муқаддима:
Целлюлоза, полисахарид, ки аз воҳидҳои глюкоза иборат аст, ки бо пайвандҳои β-1,4-гликозидӣ пайвастанд, ҷузъи асосии сохтории деворҳои ҳуҷайраҳои растанӣ мебошад. Фаровонии он дар биомасса онро як манбаи ҷолиб барои соҳаҳои гуногун, аз ҷумла коғаз ва целлюлоза, нассоҷӣ ва биоэнергетика месозад. Бо вуҷуди ин, шабакаи мустаҳками пайвасти гидроген дар дохили фибрилҳои селлюлоза онро ба обшавӣ дар аксари ҳалкунандаҳо тобовар мегардонад ва барои истифодаи самаранок ва коркарди он мушкилот эҷод мекунад.
Усулҳои анъанавии обшавии селлюлоза шароитҳои сахтро дар бар мегиранд, ба монанди кислотаҳои консентратсионӣ ё моеъҳои ионӣ, ки аксар вақт бо нигарониҳои муҳити зист ва истеъмоли баланди энергия алоқаманданд. Баръакси ин, пероксиди гидроген аз сабаби табиати сабуки оксидкунанда ва потенсиали коркарди селлюлоза аз ҷиҳати экологӣ тоза як алтернативаи умедбахш пешкаш мекунад. Ин мақола механизмҳоро дар асоси обшавии селлюлоза тавассути пероксиди гидроген омӯхта, самаранокӣ ва татбиқи амалии онро арзёбӣ мекунад.
Механизмҳои обшавии селлюлоза бо пероксиди гидроген:
Ҳал шудани селлюлоза бо пероксиди гидроген реаксияҳои мураккаби кимиёвиро дар бар мегирад, пеш аз ҳама ҷудошавии оксидшавии пайвандҳои гликозидӣ ва вайроншавии пайванди байнимолекулавии гидрогенро дар бар мегирад. Раванд одатан тавассути қадамҳои зерин сурат мегирад:
Оксидшавии гурӯҳҳои гидроксил: Пероксиди гидроген бо гурӯҳҳои гидроксил селлюлоза реаксия карда, боиси ташаккули радикалҳои гидроксилӣ (•OH) тавассути реаксияҳои ба Фентон ё Фентон монанд дар ҳузури ионҳои металлҳои гузаранда мегардад. Ин радикалҳо ба риштаҳои гликозидӣ ҳамла карда, буридани занҷирро оғоз мекунанд ва пораҳои кӯтоҳтари селлюлоза тавлид мекунанд.
Вайрон кардани пайванди гидроген: Радикалҳои гидроксилӣ инчунин шабакаи пайванди гидрогенро байни занҷирҳои селлюлоза вайрон карда, сохтори умумиро заиф мекунанд ва ҳалли ҳалшавиро осон мекунанд.
Ташаккули ҳосилаҳои ҳалшаванда: Деградатсияи оксидшавии селлюлоза боиси ба вуҷуд омадани мобайнҳои дар об ҳалшаванда ба монанди кислотаҳои карбоксилӣ, альдегидҳо ва кетонҳо мегардад. Ин ҳосилаҳо тавассути баланд бардоштани ҳалшавандагӣ ва кам кардани часпакӣ ба раванди обшавӣ мусоидат мекунанд.
Деполимеризатсия ва фрагментатсия: Реаксияҳои минбаъдаи оксидшавӣ ва тақсимшавӣ ба деполимеризатсияи занҷирҳои селлюлоза ба олигомерҳои кӯтоҳтар ва дар ниҳоят ба қандҳои ҳалшаванда ё дигар маҳсулоти паст-молекулярӣ оварда мерасонанд.
Омилҳое, ки ба обшавии селлюлоза тавассути пероксиди гидроген таъсир мерасонанд:
Ба самаранокии обшавии селлюлоза бо истифода аз пероксиди гидроген омилҳои гуногун, аз ҷумла:
Консентратсияи пероксиди гидроген: Консентратсияи баланди пероксиди гидроген одатан ба суръати тезтар реаксия ва таназзули васеътари селлюлоза оварда мерасонад. Аммо, консентратсияи аз ҳад зиёд метавонад ба аксуламалҳои тарафӣ ё маҳсулоти иловагии номатлуб оварда расонад.
рН ва ҳарорат: рН-и муҳити реаксия ба тавлиди радикалҳои гидроксил ва устувории ҳосилаҳои селлюлоза таъсир мерасонад. Шароити мӯътадили кислота (pH 3-5) аксар вақт барои баланд бардоштани ҳалшавандагии селлюлоза бидуни таназзули назаррас бартарӣ дода мешавад. Илова бар ин, ҳарорат ба кинетикаи реаксия таъсир мерасонад ва ҳарорати баландтар умуман раванди обшавиро метезонад.
Мавҷудияти катализаторҳо: Ионҳои металлии гузаранда, ба монанди оҳан ё мис, метавонанд таҷзияи пероксиди гидрогенро катализ кунанд ва ташаккули радикалҳои гидроксилро афзоиш диҳанд. Бо вуҷуди ин, интихоби катализатор ва консентратсияи он бояд бодиққат оптимизатсия карда шавад, то аксуламалҳои тарафҳоро кам кунанд ва сифати маҳсулотро таъмин кунанд.
Морфология ва кристаллии селлюлоза: Дастрасии занҷирҳои селлюлоза ба пероксиди гидроген ва радикалҳои гидроксил аз морфология ва сохтори кристаллии мавод таъсир мерасонад. Минтақаҳои аморфӣ нисбат ба доменҳои хеле кристаллӣ ба таназзул бештар осебпазиранд, ки стратегияи коркарди пешакӣ ё тағирро барои беҳтар кардани дастрасӣ тақозо мекунанд.
Афзалиятҳо ва татбиқи пероксиди гидроген дар маҳлули селлюлоза:
Пероксиди гидроген дар муқоиса бо усулҳои анъанавӣ барои обшавии селлюлоза як қатор бартариҳоро пешниҳод мекунад:
Мутобиқати муҳити зист: Баръакси кимиёвии сахт ба монанди кислотаи сулфат ё ҳалкунандаҳои хлордор, пероксиди гидроген нисбатан хуб аст ва дар шароити ҳалим ба об ва оксиген таҷзия мешавад. Ин хусусияти аз ҷиҳати экологӣ тоза онро барои коркарди устувори селлюлоза ва коркарди партовҳо мувофиқ месозад.
Шароитҳои реаксияи ҳалим: Ҳалшавии селлюлоза тавассути пероксиди гидроген метавонад дар шароити ҳалими ҳарорат ва фишор анҷом дода шавад, ки дар муқоиса бо гидролизи кислотаи ҳарорати баланд ё коркарди моеъи ионӣ сарфи энергия ва хароҷоти амалиётро коҳиш медиҳад.
Оксидшавии интихобӣ: Ҷудошавии оксидшавии пайвандҳои гликозидӣ тавассути пероксиди гидроген метавонад то андозае назорат карда шавад, ки ба тағири интихобии занҷирҳои селлюлоза ва истеҳсоли ҳосилаҳои мувофиқ бо хосиятҳои хос имкон медиҳад.
Барномаҳои гуногунҷабҳа: Ҳосилаҳои ҳалшавандаи селлюлоза, ки аз обшавии пероксиди гидроген ба даст омадаанд, дар соҳаҳои гуногун, аз ҷумла истеҳсоли сӯзишвории биологӣ, маводи функсионалӣ, дастгоҳҳои биотиббӣ ва коркарди обҳои партов истифода мешаванд.
Мушкилот ва самтҳои оянда:
Сарфи назар аз хосиятҳои умедбахши худ, обшавии селлюлоза тавассути пероксиди гидроген бо як қатор мушкилот ва самтҳои такмилдиҳӣ рӯ ба рӯ мешавад:
Интихоб ва ҳосилнокӣ: Ба даст овардани ҳосили баланди ҳосилаҳои селлюлозаи ҳалшаванда бо аксуламалҳои ҳадди ақали тараф, махсусан барои захираҳои мураккаби биомассаи дорои лигнин ва гемиселлюлоза, мушкил боқӣ мемонад.
Миқёс ва ҳамгироии равандҳо: Миқёси васеъ кардани равандҳои обшавии селлюлоза дар асоси пероксиди гидроген то сатҳи саноатӣ баррасии дақиқи тарҳрезии реактор, барқарорсозии ҳалкунанда ва марҳилаҳои коркарди поёнобро барои таъмини қобилиятнокии иқтисодӣ ва устувории муҳити зист талаб мекунад.
Рушди катализатор: Тарҳрезии катализаторҳои муассир барои фаъолсозии пероксиди гидроген ва оксидшавии селлюлоза барои баланд бардоштани суръати реаксия ва интихобӣ ҳангоми кам кардани боркунии катализатор ва ташаккули маҳсулоти иловагӣ муҳим аст.
Валоризатсияи маҳсулоти иловагӣ: Стратегияҳо барои арзёбии маҳсулоти иловагие, ки ҳангоми обшавии селлюлоза тавассути пероксиди гидроген ба вуҷуд меоянд, ба монанди кислотаҳои карбоксилӣ ё қанди олигомерӣ, метавонанд устувории умумӣ ва қобилиятнокии иқтисодии равандро боз ҳам баланд бардоранд.
Пероксиди гидроген ҳамчун як ҳалкунандаи сабз ва бисёрҷониба барои обшавии селлюлоза ваъдаи назаррас дорад, ки бартариҳоро ба монанди мутобиқати муҳити зист, шароити реаксияи ҳалим ва оксидшавии интихобӣ пешниҳод мекунад. Сарфи назар аз мушкилоти ҷорӣ, кӯшишҳои идомаи тадқиқот, ки ба фаҳмонидани механизмҳои аслӣ, оптимизатсияи параметрҳои реаксия ва омӯхтани барномаҳои нав нигаронида шудаанд, имконпазирӣ ва устувории равандҳои дар асоси пероксиди гидрогенро барои валоризатсияи селлюлоза беҳтар хоҳанд кард.
Вақти фиристодан: апрел-10-2024