離子液體對纖維素的溶解

纖維素是世界上最豐富的可再生能源,可以從原始生物原料中提取纖維素,但是由于纖維素是由D-葡萄糖以β-1?,4?糖苷鍵組成的鏈狀高分子化合物,纖維素中存在大量氫鍵,所以它的晶體結構非常牢固,這也是纖維素在一般條件下很難溶解于常見溶劑的主要原因。傳統溶解纖維素方法,包括銅氨液和磺酸鹽,通常比較繁瑣或者成本高,需要特殊溶劑,通常是具有高的離子強度和在相對苛刻條件進行。1934年首次發現在離子液體中可以溶解纖維素,但是由于當時尚未建立離子液體概念,而被認為不存在實際應用。直到后來,Rogers和他的研究組進行了大量研究,無論精制或原始的纖維素均可以溶解在親水性的離子液體中。利用離子液體溶解纖維素,踐行了綠色化學的兩條原則:利用環境友好的溶劑和生物可再生原料。用于溶解纖維素的室溫離子液體主要是?N-甲基咪唑陽離子(BMIM和AMIM),陰離子主要包括Cl-、?HCO2-、?CH3SO4-和?Me2C6H3SO3-等,其分子結構如圖6所示,研究發現從纖維素提取和纖維素溶解來說包含有甲基硫酸鹽,氫硫酸鹽和甲磺酸酯陰離子的離子液體是最高效的[14]。雙烷基咪唑氯化物離子液體中高濃度和高活性的Cl-有效地破壞了纖維素中的氫鍵體系,使纖維素溶解于離子液體。另一方面,離子液體可以利用水化的羥基和自身電荷提供電子給體受體配合物從而破壞纖維素的氫鍵體系[15]。微波加熱可以加速溶解過程,若向離子液體中加入水,乙醇或者丙酮,纖維素又可以很容易的再生。通過改變再生過程,可以制得一系列不同形貌的纖維素,同時纖維素的結晶度也可以調節,從無定形到晶體。然后,離子液體通過蒸發,離子交換,蒸餾,反滲透,鹽析等方法就可以被重復利用。

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