新技术让生物质资源“身价倍增”

科技日报记者 陆成宽

新技术让秸秆、木材、竹材等生物质资源“身价倍增”。来自中国科学院大连化学物理所（以下简称大连化物所）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29日在线发表于《自然》杂志。

木质纤维素是秸秆、木材、竹材等生物质资源的主要成分，可作为生物炼制的原材料，实现高值化学品的绿色制造。“它主要由纤维素、半纤维素和木质素（以下简称三素）组成。作为最具利用价值的可再生碳资源，木质纤维素三素如果无法高效分离，将限制生物质化工发展的经济性和环境友好性。”论文通讯作者、大连化物所研究员王峰说。

木质纤维素三素催化精炼新策略示意图。

通过酸、碱、有机溶剂等进行化学处理，可实现木质纤维素三素组分的部分分离。但这种处理方式通常只能获得其中的一种或两种组分（以纤维素组分为主），难以实现三组分的高值利用。

“我们在研究中发现，木质纤维素利用不充分的重要原因是木质素在反应过程中容易发生自身缩合，即不可控地形成分子间和分子内的碳碳键交联。”论文第一作者、大连化物所李宁博士介绍。

分离后的产物。

此次，科研人员因势利导地引入与木质素结构类似且具有高亲核活性的单酚类化合物，在分离过程中，单酚与木质素发生选择性芳基化反应，阻止木质纤维素无序自缩合过程。木质素芳基化改性后，溶解性显著提高，可与纤维素、半纤维素组分高效分离，同时保留了自身芳基醚活性结构，更有利于后续催化解聚。

同时，科研人员高度关注该研究的应用出口，从终端市场角度思考木质素催化转化。他们基于芳基化木质素的结构特性，开辟了一条芳基迁移的催化解聚路线，将CLAF处理后的木质素组分直接催化解聚为木质素基双酚。

“我们将木质素基双酚与双酚A（BPA）进行比较后发现，两者的材料学性能基本相当，但木质素基双酚毒理安全性要比BPA提高100倍以上，因此具有广阔的市场前景。”李宁说。

（中国科学院大连化物所供图）