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【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

来源:光明网2024-06-28 09:52

  生物质,这个听起来像是科幻小说里的东西,实际上却是地球上最古老、最普遍的能量源之一,它就藏在我们的日常生活中,等待着被发现和利用。

【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  简单说来,生物质就是一切源于植物、动物和微生物的有机物。这些有机物可以是森林里的落叶、农田里的作物残余,甚至是你家厨房里的食物废料。它们之所以被称为“生物质”,是因为它们蕴含了生命体通过光合作用或食物链积累的化学能量。

  作为国际公认的一种零碳可再生资源,对生物质进行绿色高值化开发是可持续发展的关键途径之一。

【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  在自然界中,以木质纤维素为代表的生物质,来源广泛,储量丰富,具有巨大的转化利用潜力。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,整体具有类似于钢筋混凝土的结构,难以分离。其中,纤维素和半纤维素约占50%到70%,结构相对均一。木质素约占15%到30%,结构较为复杂。

  如何高质量的分离三素,并转化为下游高值化产品,一直是木质纤维素利用的关键难题。来自中国科学院大连化学物理研究所等单位的科研人员在木质纤维素类生物质三素分离和高值利用方向取得重要突破:他们设计并开发出催化木质素芳基化的三素分离技术(CLAF),解决了在木质纤维素绿色精炼过程中三素难以高效分离、高值利用的问题。相关研究成果在线发表于《自然》杂志。

【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  针对木质素容易发生自身碳碳键缩合的问题,研究团队因势利导,巧妙利用这一“缺陷”,创新性地通过引入类似于木质素结构的木质素衍生酚,催化其优先与木质素发生芳基化反应,从而有效抑制木质素低值化自身缩合,实现纤维素、半纤维素和木质素的高效分离。

  基于该芳基化产物中的活性芳基醚结构,研究团队开发了一条全新的催化路线,首次实现将木质素直接解聚为双酚,简化了常规研究中先解聚木质素得到单酚,再将单酚偶联为双酚的步骤。此类木质素双酚可用于合成塑料、树脂等高分子材料,有望逐步替代石化基双酚A等大宗双酚单体。同时,检测数据表明,其毒理安全性显著提升。

【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  研究团队开发的这种催化木质素芳基化的三素分离CLAF技术,适用于多种木质纤维素原料,分离制备的纤维素、半纤维素、木质素,可以联产高纯度溶解浆、功能性糖、木质素双酚、聚合材料等下游产品。

【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  这一策略不仅解决了分离的难题,相关产物在纺织、医药、食品保健、绿色化工、可再生材料等领域也都具有广阔应用前景。

 

  记者:宋雅娟 肖春芳

  制作:亢北望(实习)

 

[ 责编:李欣哲 ]
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