新技術(shù)讓生物質(zhì)資源“身價(jià)倍增”

新技術(shù)讓秸稈、木材、竹材等生物質(zhì)資源“身價(jià)倍增”。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所(以下簡(jiǎn)稱“大連化物所”)等單位的科研人員在木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)三素分離和高值利用方向取得重要突破：他們?cè)O(shè)計(jì)并開發(fā)出催化木質(zhì)素芳基化的三素分離技術(shù)(CLAF)，解決了在木質(zhì)纖維素綠色精煉過(guò)程中三素難以高效分離、高值利用的問(wèn)題。相關(guān)研究成果29日在線發(fā)表于《自然》雜志。

木質(zhì)纖維素是秸稈、木材、竹材等生物質(zhì)資源的主要成分，可作為生物煉制的原材料，實(shí)現(xiàn)高值化學(xué)品的綠色制造。“它主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素(以下簡(jiǎn)稱“三素”)組成。作為最具利用價(jià)值的可再生碳資源，木質(zhì)纖維素三素如果無(wú)法高效分離，將限制生物質(zhì)化工發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。”論文通訊作者、大連化物所研究員王峰說(shuō)。

通過(guò)酸、堿、有機(jī)溶劑等進(jìn)行化學(xué)處理，可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素三素組分的部分分離。但這種處理方式通常只能獲得其中的一種或兩種組分(以纖維素組分為主)，難以實(shí)現(xiàn)三組分的高值利用。

“我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，木質(zhì)纖維素利用不充分的重要原因是木質(zhì)素在反應(yīng)過(guò)程中容易發(fā)生自身縮合，即不可控地形成分子間和分子內(nèi)的碳碳鍵交聯(lián)。”論文第一作者、大連化物所李寧博士介紹。

此次，科研人員因勢(shì)利導(dǎo)地引入與木質(zhì)素結(jié)構(gòu)類似且具有高親核活性的單酚類化合物，在分離過(guò)程中，單酚與木質(zhì)素發(fā)生選擇性芳基化反應(yīng)，阻止木質(zhì)纖維素?zé)o序自縮合過(guò)程。木質(zhì)素芳基化改性后，溶解性顯著提高，可與纖維素、半纖維素組分高效分離，同時(shí)保留了自身芳基醚活性結(jié)構(gòu)，更有利于后續(xù)催化解聚。

同時(shí)，科研人員高度關(guān)注該研究的應(yīng)用出口，從終端市場(chǎng)角度思考木質(zhì)素催化轉(zhuǎn)化。他們基于芳基化木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特性，開辟了一條芳基遷移的催化解聚路線，將CLAF處理后的木質(zhì)素組分直接催化解聚為木質(zhì)素基雙酚。

“我們將木質(zhì)素基雙酚與雙酚A(BPA)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，兩者的材料學(xué)性能基本相當(dāng)，但木質(zhì)素基雙酚毒理安全性要比BPA提高100倍以上，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。”李寧說(shuō)。