Molecular mechanism of cellulose dissolution in N-methyl morpholine-N-oxide: A molecular dynamics simulation study

溶解 纤维素 离子液体 化学 氢键 莱赛尔 分子 分子动力学 化学工程 溶剂 有机化学 计算化学 纤维 工程类 催化作用
作者
Mostafa Akhlaghi Bagherjeri,Hassan Monhemi,Abu Naser Md Ahsanul Haque,Maryam Naebe
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier]
卷期号:323: 121433-121433 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121433
摘要

N-methyl morpholine-N-oxide (NMMO) is the only commercialised solvent to dissolve cellulose and produce lyocell. However, the molecular mechanism of NMMO-induced cellulose solubilisation is unknown which limits further process development. In this work, and for the first time the complete dissolution process of a large cellulose bunch was simulated in NMMO monohydrate using long microsecond molecular dynamic simulations. The dissolution process was also simulated in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (EmimAc) as an efficient ionic liquid in cellulose dissolution and the results were compared with the aqueous conditions. While the cellulose bunch showed a stable and insoluble structure in pure water, it was completely and efficiently dissolved in both NMMO monohydrate and EmimAc. It was shown that the dissolution time of cellulose in NMMO monohydrate is almost twice that in EmimAc, which is in agreement with the experimental observations. Although it is revealed that hydrogen bonding is the main driving force of cellulose dissolution in NMMO monohydrate, one cannot explain the complete molecular mechanism of NMMO-induced cellulose dissolution only by considering hydrogen bonds. A straightforward molecular mechanism was proposed, in which the interactions of NMMO molecules, not with cellulose, but with the other NMMO molecules play a critical role in the dissolution process.
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