સેલ્યુલોઝને ઓગાળી નાખનાર રીએજન્ટ શું છે?

સેલ્યુલોઝ એ એક જટિલ પોલિસેકરાઇડ છે જે β-1,4-ગ્લાયકોસિડિક બોન્ડ દ્વારા જોડાયેલા ઘણા ગ્લુકોઝ એકમોથી બનેલું છે. તે છોડની કોષની દિવાલોનું મુખ્ય ઘટક છે અને છોડની કોષની દિવાલોને મજબૂત માળખાકીય ટેકો અને કઠિનતા આપે છે. લાંબી સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર સાંકળ અને ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતાને લીધે, તે મજબૂત સ્થિરતા અને અદ્રાવ્યતા ધરાવે છે.

(1) સેલ્યુલોઝના ગુણધર્મો અને ઓગળવામાં મુશ્કેલી

સેલ્યુલોઝમાં નીચેના ગુણધર્મો છે જે તેને વિસર્જન કરવું મુશ્કેલ બનાવે છે:

ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા: સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર સાંકળો હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ અને વેન ડેર વાલ્સ ફોર્સ દ્વારા ચુસ્ત જાળીનું માળખું બનાવે છે.

પોલિમરાઇઝેશનની ઉચ્ચ ડિગ્રી: સેલ્યુલોઝના પોલિમરાઇઝેશનની ડિગ્રી (એટલે ​​​​કે મોલેક્યુલર ચેઇનની લંબાઈ) ઊંચી હોય છે, જે સામાન્ય રીતે સેંકડોથી હજારો ગ્લુકોઝ એકમો સુધીની હોય છે, જે પરમાણુની સ્થિરતામાં વધારો કરે છે.

હાઇડ્રોજન બોન્ડ નેટવર્ક: હાઇડ્રોજન બોન્ડ સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સ વચ્ચે અને તેની અંદર વ્યાપકપણે હાજર છે, જે તેને સામાન્ય દ્રાવક દ્વારા નાશ અને ઓગળવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે.

(2) રીએજન્ટ્સ જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળે છે

હાલમાં, જાણીતા રીએજન્ટ કે જે સેલ્યુલોઝને અસરકારક રીતે ઓગાળી શકે છે તેમાં મુખ્યત્વે નીચેની શ્રેણીઓનો સમાવેશ થાય છે:

1. આયનીય પ્રવાહી

આયોનિક પ્રવાહી એ કાર્બનિક કેશન અને કાર્બનિક અથવા અકાર્બનિક આયનોના બનેલા પ્રવાહી છે, સામાન્ય રીતે ઓછી અસ્થિરતા, ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ગોઠવણક્ષમતા સાથે. કેટલાક આયનીય પ્રવાહી સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે, અને મુખ્ય પદ્ધતિ સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર સાંકળો વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડને તોડવાનું છે. સામાન્ય આયનીય પ્રવાહી જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળે છે તેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

1-Butyl-3-મેથિલિમિડાઝોલિયમ ક્લોરાઇડ ([BMIM]Cl): આ આયનીય પ્રવાહી હાઇડ્રોજન બોન્ડ સ્વીકારનારાઓ દ્વારા સેલ્યુલોઝમાં હાઇડ્રોજન બોન્ડ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળે છે.

1-ઇથિલ-3-મેથિલિમિડાઝોલિયમ એસિટેટ ([EMIM][Ac]): આ આયનીય પ્રવાહી પ્રમાણમાં હળવી પરિસ્થિતિઓમાં સેલ્યુલોઝની ઊંચી સાંદ્રતાને ઓગાળી શકે છે.

2. એમાઈન ઓક્સિડન્ટ સોલ્યુશન
એમાઈન ઓક્સિડન્ટ સોલ્યુશન જેમ કે ડાયથાઈલેમાઈન (DEA) અને કોપર ક્લોરાઈડના મિશ્ર દ્રાવણને [Cu(II)-એમોનિયમ સોલ્યુશન] કહેવામાં આવે છે, જે એક મજબૂત દ્રાવક પ્રણાલી છે જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે. તે ઓક્સિડેશન અને હાઇડ્રોજન બંધન દ્વારા સેલ્યુલોઝની સ્ફટિક રચનાને નષ્ટ કરે છે, જે સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇનને નરમ અને વધુ દ્રાવ્ય બનાવે છે.

3. લિથિયમ ક્લોરાઇડ-ડાઇમેથાઇલસેટામાઇડ (LiCl-DMAc) સિસ્ટમ
LiCl-DMAc (લિથિયમ ક્લોરાઇડ-ડાઇમેથાઇલેસેટામાઇડ) સિસ્ટમ સેલ્યુલોઝ ઓગળવા માટેની ઉત્તમ પદ્ધતિઓમાંની એક છે. LiCl હાઇડ્રોજન બોન્ડ માટે સ્પર્ધા રચી શકે છે, જેનાથી સેલ્યુલોઝ પરમાણુઓ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડ નેટવર્કનો નાશ થાય છે, જ્યારે DMAc દ્રાવક તરીકે સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન સાથે સારી રીતે સંપર્ક કરી શકે છે.

4. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડ સોલ્યુશન
હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડ સોલ્યુશન એ પ્રારંભિક શોધાયેલ રીએજન્ટ છે જે સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે. તે ઝીંક ક્લોરાઇડ અને સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સ વચ્ચે સંકલન અસર બનાવીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળી શકે છે અને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ સેલ્યુલોઝ પરમાણુઓ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડનો નાશ કરે છે. જો કે, આ સોલ્યુશન સાધનો માટે ખૂબ જ કાટ લાગતું હોય છે અને વ્યવહારિક ઉપયોગોમાં મર્યાદિત હોય છે.

5. ફાઈબ્રિનોલિટીક ઉત્સેચકો
ફાઈબ્રિનોલિટીક એન્ઝાઇમ્સ (જેમ કે સેલ્યુલાસેસ) સેલ્યુલોઝના વિઘટનને નાના ઓલિગોસેકરાઇડ્સ અને મોનોસેકરાઇડ્સમાં ઉત્પ્રેરિત કરીને સેલ્યુલોઝને ઓગાળે છે. આ પદ્ધતિમાં બાયોડિગ્રેડેશન અને બાયોમાસ રૂપાંતરણના ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક શ્રેણી છે, જો કે તેની વિસર્જન પ્રક્રિયા સંપૂર્ણપણે રાસાયણિક વિસર્જન નથી, પરંતુ બાયોકેટાલિસિસ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.

(3) સેલ્યુલોઝ વિસર્જનની પદ્ધતિ

સેલ્યુલોઝને ઓગળવા માટે વિવિધ રીએજન્ટ્સમાં વિવિધ પદ્ધતિઓ હોય છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે તે બે મુખ્ય પદ્ધતિઓને આભારી હોઈ શકે છે:
હાઇડ્રોજન બોન્ડનો વિનાશ: સ્પર્ધાત્મક હાઇડ્રોજન બોન્ડની રચના અથવા આયનીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડનો નાશ કરીને તેને દ્રાવ્ય બનાવે છે.
મોલેક્યુલર ચેઇન રિલેક્સેશન: સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર ચેઇન્સની નરમાઈમાં વધારો કરવો અને ભૌતિક અથવા રાસાયણિક માધ્યમો દ્વારા મોલેક્યુલર ચેઇન્સની સ્ફટિકીયતાને ઘટાડવી, જેથી તેઓ દ્રાવકમાં ઓગળી શકે.

(4) સેલ્યુલોઝ વિસર્જનનો વ્યવહારુ ઉપયોગ

સેલ્યુલોઝ વિસર્જન ઘણા ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન ધરાવે છે:
સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝની તૈયારી: સેલ્યુલોઝને ઓગાળી લીધા પછી, તેને વધુ રાસાયણિક રીતે સેલ્યુલોઝ ઈથર્સ, સેલ્યુલોઝ એસ્ટર્સ અને અન્ય ડેરિવેટિવ્ઝ તૈયાર કરવા માટે સંશોધિત કરી શકાય છે, જેનો ઉપયોગ ખોરાક, દવા, કોટિંગ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે.
સેલ્યુલોઝ આધારિત સામગ્રી: ઓગળેલા સેલ્યુલોઝ, સેલ્યુલોઝ નેનોફાઇબર્સ, સેલ્યુલોઝ મેમ્બ્રેન અને અન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરી શકાય છે. આ સામગ્રીમાં સારી યાંત્રિક ગુણધર્મો અને જૈવ સુસંગતતા છે.
બાયોમાસ એનર્જી: સેલ્યુલોઝને ઓગાળીને અને ડિગ્રેડ કરીને, તેને બાયોઇથેનોલ જેવા બાયોફ્યુઅલના ઉત્પાદન માટે આથો લાવવા યોગ્ય ખાંડમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જે નવીનીકરણીય ઉર્જાના વિકાસ અને ઉપયોગને હાંસલ કરવામાં મદદ કરે છે.

સેલ્યુલોઝ વિસર્જન એ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે જેમાં બહુવિધ રાસાયણિક અને ભૌતિક પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. આયોનિક પ્રવાહી, એમિનો ઓક્સિડન્ટ સોલ્યુશન્સ, LiCl-DMAc સિસ્ટમ્સ, હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/ઝીંક ક્લોરાઇડ સોલ્યુશન્સ અને સેલોલિટીક એન્ઝાઇમ્સ હાલમાં સેલ્યુલોઝને ઓગળવા માટે અસરકારક એજન્ટો તરીકે જાણીતા છે. દરેક એજન્ટની પોતાની વિશિષ્ટ વિસર્જન પદ્ધતિ અને એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર છે. સેલ્યુલોઝ વિસર્જન પદ્ધતિના ઊંડાણપૂર્વકના અભ્યાસ સાથે, એવું માનવામાં આવે છે કે વધુ કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ વિસર્જન પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવશે, જે સેલ્યુલોઝના ઉપયોગ અને વિકાસ માટે વધુ શક્યતાઓ પ્રદાન કરશે.