Năm 2002, cellulose được phát hiện có thể tan được trong chất lỏng ion 1-butyl- 3-methylimidazol clorid ([C4MIM+][Cl-]) [70], điều này đã dẫn đầu cho một loạt các nghiên cứu về sự hòa tan của cellulose trong chất lỏng ion sau đó. Từ đó, tuy vẫn chưa có một lý thuyết chính xác, nhưng lí luận về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hòa tan này ngày càng được làm rõ hơn. Cùng với các yếu tố ảnh hưởng độ tan là cấu tạo của cellulose và điều kiện tiến hành, đặc điểm cấu trúc của IL mới là yếu tố quyết định chính đến sự hòa tan cellulose, dựa vào hai thành phần tạo nên chúng là anion và cation.
Anion IL: Tất cả các nghiên cứu về cơ chế hòa tan cellulose trong IL đều cho rằng tương tác giữa các anion của IL và nhóm hydroxyl của cellulose đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Cơ chế hòa tan cellulose được đề xuất từ các nghiên cứu là do sự hình thành các liên kết hydro giữa anion của IL và proton của nhóm hydroxyl trong cấu trúc cellulose. Nghiên cứu của Novoselov và các cộng sự cũng cho thấy rằng liên kết hydro liên phân tử trong các tiểu đơn vị cellobiose trong cấu trúc cellulose bị phá vỡ tạo thành phức hợp solvat với dung môi, đồng thời chỉ ra các liên kết mới được
20
hình thành giữa các nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl trong cellobiose với anion clorid của [C4MIM+][Cl-] [52].
Với các khảo sát được thực hiện với cùng một cation thì độ tan của cellulose trong chất lỏng ion có thể sắp theo thứ tự của anion là [67]:
[(CH3CH2O)2PO2-] ≈ [CH3COO-] > [HSCH2COO-] > [HCOO-] > Cl- > Br- ≈ [SCN-]
Cation IL: Cùng với anion, cation cũng đóng vai trò quan trọng trong khả năng hòa tan cellulose của IL.
+ Khả năng hòa tan cellulose vượt trội hơn ở các IL có các cation ammonium hoặc phosphonium bậc bốn, và các cation chứa nhân thơm (khung pyridinium và imidazolium) [20].
+ Khi chiều dài chuỗi alkyl trong cation tăng lên, khả năng hòa tan cellulose của IL dường như giảm đi. Điều này đã được chứng minh trong thí nghiệm đối với các chất lỏng ion alkylimidazol clorid mạch thẳng bao gồm [C4MIM+][Cl-], [C6MIM+][Cl-], [C8MIM+][Cl-] [70] khi độ tan của cellulose tương ứng lần lượt là 10%, 5% và dung dịch vi mô ở 100°C.
+ Hiệu ứng chẵn lẻ: Ảnh hưởng của chiều dài chuỗi alkyl từ C2 đến C10 của 1- alkyl-3-methylimidazolium clorid đã được nghiên cứu [16]. Kết quả cho thấy trong các IL gốc 1-alkyl-3-methylimidazolium với chuỗi alkyl dưới 6 carbon, cellulose hòa tan nhiều trong IL có chuỗi alkyl số chẵn hơn là trong IL chuỗi alkyl số lẻ.
Ngoài ra, một số hiện tượng được ghi nhận từ nghiên cứu trước đây về sự hòa tan của cellulose trong IL như sau:
+ Với mức độ trùng hợp (DP) trong cấu tạo khác nhau, độ tan của cellulose trong chất lỏng ion cũng khác nhau [27]. Khả năng hòa tan của cellulose vi tinh thể (DP ≈ 286), bã gạo bột gỗ (DP ≈ 593) và tơ nhung (DP ≈ 1198) trong [C4MIM+][Cl-] ở 83°C là 18%, 13% và 10% (trong cùng một thời gian tương ứng).
+ Gia nhiệt bằng vi sóng có thể cải thiện đáng kể khả năng hòa tan của cellulose của chất lỏng ion. Độ hòa tan của cellulose (DP ≈ 1000) trong [C4MIM+][Cl-] tăng lên 25% khi gia nhiệt bằng lò vi sóng, các điều kiện giữ nguyên. Trước đó, chỉ 10% cellulose (DP≈1000) có thể được tan được trong [C4MIM+][Cl-] khi đun nóng thông thường [70].