badania nad nowymi zastosowaniami i zastosowaniami kwasu cytrynowego są obecnie Kwitnące, o czym świadczą na przykład nowe książki opublikowane po wciąż bardzo istotnej książce napisanej w 1975 roku przez dwóch wiodących praktyków branży . Pierwsze zauważalne nowe zastosowanie znajduje w detergentach domowych i środkach do mycia naczyń (około 13% światowego rynku kwasu cytrynowego) jako współtwórca zeolitów, głównie w skoncentrowanych płynnych detergentach. Kwas cytrynowy działa jako budulec, chelatując jony wody Ca2+ i Mg2+, ale w przeciwieństwie do budulców fosforanów nie przyczynia się do eutrofizacji układów acquatic. Ponadto od 2017 r. fosforany w detergentach do zmywarek do naczyń już zakazane w USA (od 2010 r.) będą również zakazane w UE, co doprowadzi do zwiększenia spożycia kwasu cytrynowego , co przyczyni się do zwiększenia stosowania cytrynianu w domowych środkach czyszczących. Pojawi się wiele innych aplikacji. Poniżej przedstawiamy trzy przykłady najnowszych innowacyjnych zastosowań kwasu cytrynowego, które mogą prowadzić do dalszej znaczącej ekspansji na rynku.

usieciowanie

kwas cytrynowy jest z powodzeniem stosowany do usieciowania wielu innych materiałów, w tym najdrobniejszych włókien białkowych do zastosowań biomedycznych , polioli do wytwarzania folii biodegradowalnych odpowiednich na przykład do ekologicznego pakowania , a z hydroksyapatytem do wytwarzania kompozytów bioceramicznych do ortopedycznej inżynierii tkankowej .

Gojowie i współpracownicy po prostu usieciowali kwas cytrynowy ze skrobią, używając glicerolu jako plastyfikatora, ogrzewając mieszaninę skrobi, glicerolu, wody i kwasu cytrynowego w temperaturze 75-85 °C. Powstałe folie z kwasem cytrynowym przetwarzane w temperaturze 75 °C wykazały znaczny spadek zarówno absorpcji wilgoci, jak i przepuszczalności pary wodnej, a mianowicie dwa główne parametry wpływające na właściwości barierowe folii opakowaniowych. Usieciowanie folii skrobiowo-glicerolowych kwasem cytrynowym znacznie poprawia słabą degradację termiczną i właściwości mechaniczne folii skrobiowych .

znaczące nowe zastosowanie kwasu cytrynowego jako środka sieciującego zostało odkryte w 2011 roku przez Rothenberga i Albertsa z Uniwersytetu w Amsterdamie, którzy odkryli, że glicerol i kwas cytrynowy polimeryzują, tworząc żywicę termoutwardzalną, rozpuszczalną w wodzie, wykazując kilka ważnych właściwości, w tym szybką degradację w środowisku. Do czasu wprowadzenia tej termoutwardzalnej, prawie wszystkie biodegradowalne Tworzywa sztuczne były polimerami termoplastycznymi. Połączenie kwasu cytrynowego rozpuszczonego w glicerolu w temperaturze powyżej temperatury wrzenia wody pod ciśnieniem otoczenia i poniżej 130 °C daje twardą żywicę poliestrową w prostym procesie estryfikacji Fishera . Temperatura wrzenia glicerolu (290 °C) i temperatura rozkładu kwasu cytrynowego (175 °C) zapewniają, że woda jest jedynym związkiem uwalnianym w postaci pary, ponieważ dekarboksylacja nie zachodzi w T < 150 °C.

otrzymany polimer jest „bio-bakelitem”, twardym trójwymiarowym poliestrem, który przylega do innych materiałów i dlatego może być stosowany w połączeniu ze stalą, szkłem, metalami i innymi materiałami stałymi używanymi do wytwarzania nieelastycznych elementów z tworzyw sztucznych, takich jak obudowy komputerowe i telefoniczne, pianka izolacyjna, tace, stoły i lampy. Stopień sieciowania jest kontrolowany przez Warunki reakcji, w szczególności temperaturę, czas reakcji i stosunek glicerolu do kwasu cytrynowego. Im wyższy stopień sieciowania, tym niższy stopień degradacji w wodzie. Próbki silnie usieciowane (rys. 4) może przetrwać miesiące w wodzie i na czas nieokreślony w powietrzu.

(Zdjęcie dzięki uprzejmości profesora Gadi Rothenberga)

pionki wykonane z drewna obok innych próbek wykonanych z Glycix-GX, Nowa Żywica termoutwardzalna otrzymana z kwasu cytrynowego i glicerolu

nazwany „plantics-GX” przez początkującą firmę produkcyjną plantics, żywica jest obecnie produkowana w tonowej skali w fabryce pilotażowej w Holandii. Polimer jest również z natury bezpieczny, ponieważ nie zawiera atomu N i atomów s, więc nie ma możliwości toksycznych gazów podczas spalania. Pełna biodegradowalność zapewnia, że kompozyt może być usuwany jako odpady organiczne, ponieważ materiał hydrolizuje w wodzie, dzięki czemu biologiczne cząstki stałe są dostępne do degradacji biologicznej.

środek dezynfekujący

kwas cytrynowy jest doskonałym, nieszkodliwym środkiem dezynfekującym przeciwko kilku wirusom, w tym ludzkiemu norowirusowi. Na przykład, dodany do cząsteczek podobnych do norowirusów, cytrynian precyzyjnie wiąże się w kieszeni wiążącej na antygenach grupy histo-krwi biorących udział w przyłączaniu się do ligandów gospodarza, zapobiegając przenoszeniu tych wirusów, a także zmniejszając objawy u osób już zakażonych norowirusami . W szczegółach stwierdzono również, że cytrynian wiąże domenę P norowirusa, co wskazuje na szeroką reaktywność wśród różnych norowirusów. Łatwo przenoszone przez zanieczyszczonych rąk lub skażonej żywności, norowirusy powodują częste ogniska zapalenia żołądka i jelit w środowiskach takich jak szpitale, statki wycieczkowe i szkoły. Komercyjna chusteczka papierowa, zawierająca warstwę środkową impregnowaną kwasem cytrynowym (7,51%) i laurylosiarczanem sodu (2,02%), zabija wirusy emitowane w postaci maleńkich kropelek w bibułce po kichnięciu, kaszlu lub wdmuchaniu nosa do tkanki. Kiedy wilgoć dociera do warstwy środkowej, laurylosiarczan sodu zakłóca otoczkę lipidową wielu wirusów, podczas gdy kwas cytrynowy zakłóca rinowirusy, które nie mają otoczki lipidowej, ale są wrażliwe na kwasy, zapobiegając w ten sposób powrotowi do rąk i na powierzchnie, z którymi tkanka wchodzi w kontakt . Produkt biobójczy może być również stosowany do dezynfekcji powierzchni, na których wirusy przeziębienia i grypy mogą przetrwać dłużej niż 24 godziny.

rekultywacja środowiska

ze względu na doskonałe właściwości chelatujące metale, kwas cytrynowy jest szeroko stosowany do czyszczenia obiektów przemysłowych, w tym obiektów jądrowych zanieczyszczonych radionuklidami i gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Na przykład , nie tylko część cytrynowa ułatwia usuwanie metali z gleb, ale także zwiększa desorpcję hydrofobowych związków organicznych z gleb . Dalsze zwiększanie potencjału usuwania mieszanych zanieczyszczeń z gleb, ostatnie badania w Chinach wykazały, że w połączeniu z biosurfaktantami rhamnolipidowymi kwas cytrynowy zapewnia bezprecedensową zdolność do rekultywacji środowiska gleby (lepszą niż większość zabiegów termicznych lub chemicznych) za pomocą środków chemicznych na bazie surowców biologicznych, które są nie tylko przyjazne dla środowiska, ale także promują odbudowę ekologiczną gleby po rekultywacji .

środek ekstrakcyjny

w 2005 roku brazylijscy naukowcy po raz pierwszy wykazali, że kwas cytrynowy można z powodzeniem stosować zamiast toksycznych kwasów mineralnych do odzyskiwania pektyny z wytłoków jabłkowych . Wydajność ekstrakcji pektyny kwasem cytrynowym wykazała najwyższą średnią wartość (13,75%, Fig. 5). Chociaż kwas azotowy czasami wykazywał najwyższą wydajność, związana z tym zmienność była bardzo duża, nie mówiąc już o wytwarzanych szkodliwych ściekach.

(reprodukcja z Ref.

pektyna jest ekstrahowana pod chłodnicą zwrotną w systemie kondensacji w temperaturze 97 °C (roztwór/rozpuszczalnik 1:50), przy użyciu wody zakwaszonej kwasem cytrynowym do pH 2,5 i mąki jabłkowej jako surowca. Optymalne stężenie kwasu cytrynowego wynosi 62 g / L. po 150 min wyizolowano pektynę o doskonałym stopniu estryfikacji (DE = 68,84%). Co ciekawe, wydajność pektyn była znacznie wyższa przy użyciu mąki jako surowca zamiast wytłoków, ponieważ protopektyna jest bardziej dostępna w małych cząsteczkach niż w dużych. Ze względu na swoje właściwości chemiczne i korzystne dla zdrowia działanie, stosowanie pektyny rośnie w wielu sektorach przemysłu , podczas gdy jej niedobór na rynku ze względu na przestarzałe procesy produkcyjne generujące duże ilości odpadów doprowadził ostatnio do bezprecedensowo wysokich cen.

Produce konserwant

zastosowanie kwasu cytrynowego w celu zmniejszenia aktywności mikrobiologicznej, a tym samym zwiększenia stabilności koncentratów, jest dobrze znane na przykład producentom soków pomarańczowych, którzy dodają kwas do koncentratów dostarczanych klientom z branży napojów. Sformułowany wraz z innymi składnikami kwas cytrynowy zapewnia skuteczny komercyjny przeciwutleniacz (NatureSeal), który zachowuje aspekt (teksturę i kolor) oraz właściwości organoleptyczne kilku owoców, dzięki czemu pojawiają się świeże. Na przykład w testach ze świeżo pokrojonymi jabłkami inhibitor wydziela zarówno kwas askorbinowy (witamina C), jak i kwas cytrynowy, gdy jest stosowany sam .

kolejnym ważnym osiągnięciem jest wodny roztwór kwasu cytrynowego, kwasu mlekowego, nadtlenku wodoru i opatentowany stabilizator nadtlenku wodoru (aby spowolnić rozkład nadtlenku wodoru do wody i gazu tlenowego, np. 1), w skład którego wchodzi zmywanie produktów (pierwszy etap + 10), którego działanie przeciwdrobnoustrojowe jest spowodowane tworzeniem kwasów nadorganicznych (Eq. 2) .