지구상에서 가장 풍부한 천연 고분자인 셀룰로오스는 식물 세포벽의 구조적 기초를 형성합니다. 독특한 특성으로 인해 섬유, 종이, 생체 재료 및 에너지 응용 분야에 유용합니다. 그러나 셀룰로오스의 높은 결정성과 강한 수소 결합 네트워크로 인해 기존 용매에 용해되지 않아 산업적 잠재력이 제한됩니다.
최근 연구에서는 리튬염 용액, 특히 브롬화리튬(LiBr)이 셀룰로오스 용해를 위한 유망한 용매 시스템으로 확인되었습니다. 이 기사에서는 데이터 기반 관점에서 LiBr 기반 셀룰로오스 용해의 메커니즘, 역학, 영향 요인, 응용 및 과제를 분석합니다.
리튬 이온(Li+)은 매우 높은 전하 밀도(52C·mm-3 ), 나트륨(12C·mm-3 ) 또는 칼륨 이온(7C·mm-3 ). 이는 셀룰로오스 수산기 그룹과의 강력한 배위를 가능하게 하여 분자간 수소 결합을 방해합니다.
셀룰로오스의 수소결합(20-40kJ/mol결합당) 견고한 결정 구조를 생성합니다. Li+ 조정은 이러한 상호 작용을 약화시켜 충분한 Li+ 농도에서 완전한 네트워크 중단이 발생합니다.
DMSO 및 DMAc와 같은 극성 비양자성 용매는 Li+ 및 용해된 셀룰로오스 사슬을 안정화하여 용해를 향상시킵니다. 최적의 용매 시스템은 높은 유전 상수와 적절한 용해도 매개변수를 결합합니다.
용해 용량은 리튬염에 따라 크게 다릅니다.
효과적인 용매에서 더 크고 전하 밀도가 낮은 음이온은 Li+ 배위 위치에 대한 경쟁을 최소화합니다.
미정질 셀룰로오스(MCC) 현탁액은 용해 중에 불투명에서 투명으로 전환됩니다. 탁도 측정에 따르면 이 공정은 일반적으로 80~100°C에서 2~4시간이 소요됩니다.
편광현미경은 결정 도메인 크기의 점진적인 감소를 보여주며, 완전히 사라지는 것은 완전한 용해와 관련이 있습니다.
세 가지 뚜렷한 점도 단계가 나타납니다.
Arrhenius 분석을 통해 다음의 용해 활성화 에너지가 밝혀졌습니다.40-60kJ/mol, 상당한 온도 민감도를 나타냅니다. 최적의 온도는 셀룰로오스 분해와 용해 속도의 균형을 유지합니다.
더 높은 DP 셀룰로오스(>500 포도당 단위) 증가된 사슬 얽힘 및 수소 결합으로 인해 현저하게 느린 용해 동역학을 보여줍니다.
더 작은 입자(<50μm) 최대 용해3배 더 빠르게증가된 표면적 대 부피 비율로 인해 더 큰 대응물보다.
산 첨가 조절(0.1-1.0M) 용해 시간을 다음과 같이 단축할 수 있습니다.50-70%을 통해:
LiBr 솔루션은 향상된 염료 흡수 및 기능적 특성을 위해 섬유 변형을 가능하게 합니다.
용해된 셀룰로오스는 의료 응용 분야에서 멤브레인, 하이드로겔 및 나노섬유의 전구체 역할을 합니다.
이 시스템은 폐지 흐름에서 셀룰로오스를 회수할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
LiBr 솔루션에는 스테인레스 스틸이나 티타늄과 같은 부식 방지 재료가 필요합니다.
용매 회수 시스템은 >90%경제적 생존을 위한 LiBr 매립.
최적화된 공정 조건은 DP 감소를 다음으로 제한할 수 있습니다.<10%해산 중.
LiBr 기반 셀룰로오스 용해는 여러 산업 분야에서 상당한 가능성을 보여주지만 부식, 비용 및 성능 저하 문제를 해결하는 것은 산업 채택에 있어 여전히 중요합니다. 향후 연구는 지속 가능한 구현을 가능하게 하기 위해 용매 시스템 최적화, 공정 강화 및 환경 영향 감소에 초점을 맞춰야 합니다.
지구상에서 가장 풍부한 천연 고분자인 셀룰로오스는 식물 세포벽의 구조적 기초를 형성합니다. 독특한 특성으로 인해 섬유, 종이, 생체 재료 및 에너지 응용 분야에 유용합니다. 그러나 셀룰로오스의 높은 결정성과 강한 수소 결합 네트워크로 인해 기존 용매에 용해되지 않아 산업적 잠재력이 제한됩니다.
최근 연구에서는 리튬염 용액, 특히 브롬화리튬(LiBr)이 셀룰로오스 용해를 위한 유망한 용매 시스템으로 확인되었습니다. 이 기사에서는 데이터 기반 관점에서 LiBr 기반 셀룰로오스 용해의 메커니즘, 역학, 영향 요인, 응용 및 과제를 분석합니다.
리튬 이온(Li+)은 매우 높은 전하 밀도(52C·mm-3 ), 나트륨(12C·mm-3 ) 또는 칼륨 이온(7C·mm-3 ). 이는 셀룰로오스 수산기 그룹과의 강력한 배위를 가능하게 하여 분자간 수소 결합을 방해합니다.
셀룰로오스의 수소결합(20-40kJ/mol결합당) 견고한 결정 구조를 생성합니다. Li+ 조정은 이러한 상호 작용을 약화시켜 충분한 Li+ 농도에서 완전한 네트워크 중단이 발생합니다.
DMSO 및 DMAc와 같은 극성 비양자성 용매는 Li+ 및 용해된 셀룰로오스 사슬을 안정화하여 용해를 향상시킵니다. 최적의 용매 시스템은 높은 유전 상수와 적절한 용해도 매개변수를 결합합니다.
용해 용량은 리튬염에 따라 크게 다릅니다.
효과적인 용매에서 더 크고 전하 밀도가 낮은 음이온은 Li+ 배위 위치에 대한 경쟁을 최소화합니다.
미정질 셀룰로오스(MCC) 현탁액은 용해 중에 불투명에서 투명으로 전환됩니다. 탁도 측정에 따르면 이 공정은 일반적으로 80~100°C에서 2~4시간이 소요됩니다.
편광현미경은 결정 도메인 크기의 점진적인 감소를 보여주며, 완전히 사라지는 것은 완전한 용해와 관련이 있습니다.
세 가지 뚜렷한 점도 단계가 나타납니다.
Arrhenius 분석을 통해 다음의 용해 활성화 에너지가 밝혀졌습니다.40-60kJ/mol, 상당한 온도 민감도를 나타냅니다. 최적의 온도는 셀룰로오스 분해와 용해 속도의 균형을 유지합니다.
더 높은 DP 셀룰로오스(>500 포도당 단위) 증가된 사슬 얽힘 및 수소 결합으로 인해 현저하게 느린 용해 동역학을 보여줍니다.
더 작은 입자(<50μm) 최대 용해3배 더 빠르게증가된 표면적 대 부피 비율로 인해 더 큰 대응물보다.
산 첨가 조절(0.1-1.0M) 용해 시간을 다음과 같이 단축할 수 있습니다.50-70%을 통해:
LiBr 솔루션은 향상된 염료 흡수 및 기능적 특성을 위해 섬유 변형을 가능하게 합니다.
용해된 셀룰로오스는 의료 응용 분야에서 멤브레인, 하이드로겔 및 나노섬유의 전구체 역할을 합니다.
이 시스템은 폐지 흐름에서 셀룰로오스를 회수할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
LiBr 솔루션에는 스테인레스 스틸이나 티타늄과 같은 부식 방지 재료가 필요합니다.
용매 회수 시스템은 >90%경제적 생존을 위한 LiBr 매립.
최적화된 공정 조건은 DP 감소를 다음으로 제한할 수 있습니다.<10%해산 중.
LiBr 기반 셀룰로오스 용해는 여러 산업 분야에서 상당한 가능성을 보여주지만 부식, 비용 및 성능 저하 문제를 해결하는 것은 산업 채택에 있어 여전히 중요합니다. 향후 연구는 지속 가능한 구현을 가능하게 하기 위해 용매 시스템 최적화, 공정 강화 및 환경 영향 감소에 초점을 맞춰야 합니다.
