新技术让生物质资源“身价倍增”
新技术成功提升了秸秆、木材、竹材等生物质资源的价值。中国科学院大连化学物理所等单位的科研人员,在木质纤维素类生物质三素(即纤维素、半纤维素和木质素)的高效分离和高值利用方面取得了重要进展。他们研发了一项名为催化木质素芳基化的三素分离技术(CLAF),该技术有效解决了木质纤维素绿色精炼过程中三素难以高效分离及高值利用的关键问题。这一研究成果已在线发表于国际权威科学杂志《自然》。
木质纤维素,作为秸秆、木材、竹材等生物质资源的主要成分,是生物炼制的重要原材料,对于实现高值化学品的绿色制造具有重要意义。然而,木质纤维素三素的高效分离一直是制约生物质化工发展经济性和环境友好性的重要因素。
传统的化学处理方法,如酸、碱、有机溶剂等,虽然能够实现木质纤维素三素的部分分离,但通常只能获取其中一种或两种组分,主要以纤维素为主,难以实现三组分的全面高效利用。
针对这一问题,科研团队在研究中发现,木质素在反应过程中容易发生自身缩合,形成难以控制的分子间和分子内碳碳键交联,这是导致木质纤维素利用不充分的关键原因。
为此,科研人员创新性地引入了与木质素结构相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,有效阻止了木质纤维素的无序自缩合过程。经过芳基化改性后的木质素,其溶解性得到显著提升,从而实现了与纤维素、半纤维素组分的高效分离。同时,改性后的木质素保留了自身的芳基醚活性结构,为后续催化解聚提供了有利条件。
此外,科研人员还从终端市场角度出发,充分考虑了木质素催化转化的应用前景。他们基于芳基化木质素的结构特性,开发了一条全新的芳基迁移催化解聚路线,成功将CLAF处理后的木质素组分转化为木质素基双酚。
经对比测试,木质素基双酚与常用的双酚A(BPA)在材料学性能上基本相当,但其在毒理安全性方面表现出显著优势,安全性提高了100倍以上。这一发现为木质素基双酚在市场上的广泛应用提供了有力支撑,展示了其广阔的市场前景。