【摘 要】
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近年来,人们发现某些离子液体能够溶解纤维素[1],提供了一种新的开发利用纤维素资源的手段.研究离子液体溶解纤维素的过程,阐明溶解机理对于生物质预处理和筛选新型溶剂有着重要意义[2].我们构建了几种不同大小的纤维素微丝,采用分子模拟的方法研究其在离子液体中的溶解过程.离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EmimAc),1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EmimCl)和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(Bm
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近年来,人们发现某些离子液体能够溶解纤维素[1],提供了一种新的开发利用纤维素资源的手段.研究离子液体溶解纤维素的过程,阐明溶解机理对于生物质预处理和筛选新型溶剂有着重要意义[2].我们构建了几种不同大小的纤维素微丝,采用分子模拟的方法研究其在离子液体中的溶解过程.离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EmimAc),1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EmimCl)和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BmimCl),模拟时间为0.5～2μs [3].研究发现,微丝的单链聚合度越大,微丝链数目越多,溶解得越慢,如,4*8的微丝在EmimAc中完全溶解需要0.15μs,7*8的微丝需要0.35μs,而14*8的微丝需要1.5μs.分析表明,溶解过程伴随纤维素内部氢键网络的破坏,阴阳离子的协同作用与纤维素链间作用的竞争与协调使纤维素微丝溶解.初始时,阳离子通过疏水相互作用,依附于纤维素侧面的葡聚糖环周围;阴离子与纤维素羟基形成十分稳定的氢键,疏松纤维素链和链以及层和层之间的作用.阳离子由于电负性吸引,逐渐靠近纤维素微丝,阴阳离子进入纤维素链,破坏微丝结构.对比发现,纤维素微丝在EmimAc中溶解最快(图1),EmimCl和BmimCl次之;这是由于醋酸根阴离子与纤维素链形成的氢键能有效地分离纤维素链,提供阳离子进入的空间,使纤维素微丝可以更快的溶解.
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