كيف يتم الحصول على السليلوز من القطن؟

مقدمة لاستخلاص السليلوز من القطن:
القطن، وهو ألياف طبيعية، يتكون بشكل أساسي من السليلوز، وهو عبارة عن سلسلة من السكاريد تتكون من وحدات الجلوكوز. يتضمن استخراج السليلوز من القطن تكسير ألياف القطن وإزالة الشوائب للحصول على منتج السليلوز النقي. هذا السليلوز المستخرج له تطبيقات مختلفة في صناعات مثل المنسوجات والورق والأدوية والمواد الغذائية.

الخطوة الأولى: الحصاد والمعالجة المسبقة للقطن:
الحصاد: يتم الحصول على ألياف القطن من لوز نبات القطن. يتم قطف اللوز عندما تنضج وتنفجر لتكشف عن الألياف البيضاء الرقيقة بداخلها.
التنظيف: بعد الحصاد، يخضع القطن لعمليات تنظيف لإزالة الشوائب مثل الأوساخ والبذور وشظايا الأوراق. وهذا يضمن أن السليلوز المستخرج عالي النقاء.
التجفيف: يتم بعد ذلك تجفيف القطن المنظف لإزالة الرطوبة الزائدة. يعد التجفيف أمرًا بالغ الأهمية لأن القطن المبلل يمكن أن يؤدي إلى نمو الميكروبات، مما قد يؤدي إلى تدهور جودة السليلوز.

الخطوة 2: المعالجة الميكانيكية:
الفتح والتنظيف: يخضع القطن المجفف للمعالجة الميكانيكية لفصل الألياف وإزالة أي شوائب متبقية. تتضمن هذه العملية فتح بالات القطن وتمريرها عبر آلات تعمل على تنظيف الألياف وزغبها بشكل أكبر.
التمشيط: التمشيط هو عملية محاذاة ألياف القطن في ترتيب متوازي لتكوين شبكة رفيعة. تساعد هذه الخطوة في تحقيق التوحيد في ترتيب الألياف، وهو أمر بالغ الأهمية للمعالجة اللاحقة.
الرسم: في الرسم، يتم استطالة الألياف الممشطة وتقليل سمكها إلى سمك أدق. تضمن هذه الخطوة توزيع الألياف ومحاذاةها بالتساوي، مما يحسن قوة وجودة منتج السليلوز النهائي.

الخطوة 3: المعالجة الكيميائية (المرسرة):
المرسرة: المرسرة هي معالجة كيميائية تستخدم لتعزيز خصائص ألياف السليلوز، بما في ذلك زيادة القوة واللمعان والتقارب للأصباغ. في هذه العملية، تتم معالجة ألياف القطن بمحلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو مادة قلوية أخرى بتركيز ودرجة حرارة محددين.
التورم: تؤدي المعالجة بالقلويات إلى تضخم ألياف السليلوز، مما يؤدي إلى زيادة قطرها ومساحة سطحها. يكشف هذا التورم المزيد من مجموعات الهيدروكسيل على سطح السليلوز، مما يجعله أكثر تفاعلاً للتفاعلات الكيميائية اللاحقة.
الشطف والتحييد: بعد المرسرة، يتم شطف الألياف جيدًا لإزالة القلويات الزائدة. تتم معادلة القلويات باستخدام محلول حمضي لتثبيت السليلوز ومنع المزيد من التفاعلات الكيميائية.

الخطوة 4: اللب:
إذابة السليلوز: يتم بعد ذلك إخضاع ألياف القطن المرسيرة إلى اللب، حيث يتم إذابتها في مذيب لاستخراج السليلوز. تشمل المذيبات الشائعة المستخدمة في إذابة السليلوز N-ميثيلمورفولين-N-أكسيد (NMMO) والسوائل الأيونية مثل أسيتات 1-إيثيل-3-ميثيليميدازوليوم ([EMIM][OAc]).
التجانس: يتم تجانس محلول السليلوز المذاب لضمان التجانس والاتساق. تساعد هذه الخطوة في تحقيق محلول السليلوز المتجانس المناسب لمزيد من المعالجة.

الخطوة 5: التجديد:
الترسيب: بمجرد أن يذوب السليلوز، فإنه يحتاج إلى إعادة توليده من المذيب. يتم تحقيق ذلك عن طريق ترسيب محلول السليلوز في حمام غير مذيب. يؤدي عدم المذيب إلى إعادة ترسيب السليلوز على شكل ألياف أو مادة تشبه الهلام.
الغسيل والتجفيف: يتم غسل السليلوز المتجدد جيدًا لإزالة أي مذيبات وشوائب متبقية. ثم يتم تجفيفه للحصول على منتج السليلوز النهائي في شكل ألياف أو رقائق أو مسحوق، اعتمادًا على التطبيق المقصود.

الخطوة 6: التوصيف ومراقبة الجودة:
التحليل: يخضع السليلوز المستخرج لتقنيات تحليلية مختلفة لتقييم نقائه ووزنه الجزيئي وبلورته وخصائص أخرى. تُستخدم تقنيات مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بشكل شائع لتوصيف السليلوز.
مراقبة الجودة: يتم تنفيذ تدابير مراقبة الجودة طوال عملية الاستخراج لضمان الاتساق والالتزام بالمعايير المحددة. تتم مراقبة المعلمات مثل تركيز المذيبات ودرجة الحرارة ووقت المعالجة وتحسينها لتحقيق الجودة المطلوبة للسليلوز.

الخطوة 7: تطبيقات السليلوز:
المنسوجات: يستخدم السليلوز المستخرج من القطن على نطاق واسع في صناعة النسيج لتصنيع الأقمشة والخيوط والملابس. وهي ذات قيمة لنعومتها وامتصاصها وقابليتها للتهوية.
الورق والتغليف: يعد السليلوز مكونًا رئيسيًا في إنتاج الورق والكرتون ومواد التعبئة والتغليف. فهو يوفر القوة والمتانة وقابلية الطباعة لهذه المنتجات.
المستحضرات الصيدلانية: تستخدم مشتقات السليلوز مثل أسيتات السليلوز وهيدروكسي بروبيل السليلوز في التركيبات الصيدلانية كمواد رابطة ومفككة وعوامل تحرير محكمة.
الأغذية والمشروبات: يتم استخدام مشتقات السليلوز مثل ميثيل السليلوز وكربوكسي ميثيل السليلوز في صناعة الأغذية كمكثفات ومثبتات ومستحلبات في مختلف المنتجات الغذائية والمشروبات.

يتضمن استخراج السليلوز من القطن سلسلة من الخطوات بما في ذلك الحصاد، والمعالجة المسبقة، والمعالجة الميكانيكية، والمعالجة الكيميائية، وفصل اللب، والتجديد، والتوصيف. تعتبر كل خطوة ضرورية لعزل السليلوز النقي ذي الخصائص المرغوبة. يحتوي السليلوز المستخرج على تطبيقات متنوعة في صناعات مثل المنسوجات والورق والأدوية والمواد الغذائية، مما يجعله بوليمرًا طبيعيًا قيمًا ومتعدد الاستخدامات. تضمن عمليات الاستخراج الفعالة وإجراءات مراقبة الجودة إنتاج السليلوز عالي الجودة المناسب لمختلف التطبيقات.