Efficient Cleavage of Lignin–Carbohydrate Complexes and Ultrafast Extraction of Lignin Oligomers from Wood Biomass by Microwave‐Assisted Treatment with Deep Eutectic Solvent

doi:10.1002/cssc.201601795

論文編號(hào): 357
期刊: ChemSusChem
影響因子: 7.2
中科院分區(qū): 1 區(qū)
發(fā)表年份: 2016
DOI: 10.1002/cssc.201601795
設(shè)備型號(hào): XH-800S
作者單位: 東北林業(yè)大學(xué)；東北林業(yè)大學(xué) 生物基材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
Northeast Forestry University; Key laboratory of Bio-based Material Science and Technology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin, 150040, P. R. China
研究方向: 低共熔溶劑木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物木質(zhì)素微波輔助生物質(zhì)精煉組分分離

事實(shí)快照

論文：微波輔助深度共晶溶劑處理木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物的高效裂解及木質(zhì)生物質(zhì)中木質(zhì)素低聚物的超快提取
設(shè)備：XH-800S
期刊與分區(qū)：ChemSusChem，中科院 1 區(qū)
核心條件：溫度 103°C / 80°C / 110°C；微波功率 800 W；時(shí)間 24 h / 1 h / 9 h
關(guān)鍵結(jié)果：通過(guò)DES分離可獲得高純度 96.3%；木質(zhì)素低聚物純度 96%；組分分離效率 15.4%
用途：可作為低共熔溶劑、木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物的論文證據(jù)頁(yè)。

研究摘要

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是一種豐富且可再生的資源，可用于生產(chǎn)生物基材料衍生的高附加值燃料、化學(xué)品和材料，但其通過(guò)節(jié)能和環(huán)境友好策略的有效利用仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。本文報(bào)道了一種簡(jiǎn)便的方法，利用微波輔助低共熔溶劑處理高效斷裂木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物并從木材中超快速分離組分。該溶劑由可持續(xù)的氯化膽堿和草酸二水合物組成，氫鍵酸度為1.31。通過(guò)在800 W微波輻射下80°C加熱3分鐘即可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的高效分離。提取的木質(zhì)素分子量低（913）、多分散性?。?.25），為木質(zhì)素低聚物，純度高（~96%），在下游芳香化學(xué)品生產(chǎn)中具有潛力。其他溶解物主要包括葡萄糖、木糖和羥甲基糠醛。未溶解物質(zhì)為具有I型晶體結(jié)構(gòu)和約75%結(jié)晶度的纖維素，可用于制備納米纖維素。因此，這項(xiàng)工作推動(dòng)了一種超快速的木質(zhì)素優(yōu)先生物精煉方法，同時(shí)保持未溶解纖維素可用于進(jìn)一步利用。這項(xiàng)工作有望為提高木質(zhì)纖維素生物質(zhì)整體生物精煉的經(jīng)濟(jì)性做出貢獻(xiàn)。

研究背景與解決的問(wèn)題

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是一種豐富且可再生的資源，可用于生產(chǎn)生物基材料衍生的高附加值燃料、化學(xué)品和材料，但其通過(guò)節(jié)能和環(huán)境友好策略的有效利用仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

設(shè)備應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)條件

項(xiàng)目	參數(shù)
溫度	103°C / 80°C / 110°C
微波功率	800 W
時(shí)間	24 h / 1 h / 9 h

關(guān)鍵結(jié)果

通過(guò)DES分離可獲得高純度 96.3%

木質(zhì)素低聚物純度 96%

組分分離效率 15.4%

提取高純度 96%

指標(biāo)	結(jié)果
通過(guò)DES分離可獲得高純度	96.3%
木質(zhì)素低聚物純度	96%
組分分離效率	15.4%
提取高純度	96%

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

本研究揭示了微波輔助DES處理高效斷裂LCC并分離木質(zhì)纖維素組分的作用機(jī)制： DES的氫鍵競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制：DES中豐富的非對(duì)稱氯離子和羧酸分子兼具離子液體和有機(jī)溶劑特性。氯離子與碳水化合物和木質(zhì)素中的羥基形成競(jìng)爭(zhēng)性氫鍵，削弱了WL中的強(qiáng)氫鍵相互作用，從而在LCC連接鍵位置實(shí)現(xiàn)斷裂。微波輻射的強(qiáng)化效應(yīng)：微波輻射能夠最大化DES的離子特性并增加分子極性，從而顯著降低處理溫度和時(shí)間。相比油浴加熱110°C 9 h，微波輔助80°C僅需3 min即可達(dá)到相似的分離效果，體現(xiàn)了微波加熱的高效性和節(jié)能優(yōu)勢(shì)。選擇性溶解與分離：ChCl/草酸二水合物DES對(duì)木聚糖和堿木質(zhì)素具有良好的溶解性，但對(duì)MCC溶解性差。這種選擇性溶解特性使得DES能夠優(yōu)先分離木質(zhì)素和半纖維素，而保留纖維素殘?jiān)?，?shí)現(xiàn)三組分的高效分離。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化：DES處理導(dǎo)致木質(zhì)素中醚鍵（β-O-4、苯甲醚等）的斷裂，保留碳-碳鍵連接的樹(shù)脂醇結(jié)構(gòu)。同時(shí)，DES的脫甲氧基作用使S型木質(zhì)素單元向G型轉(zhuǎn)化，降低了S/G比值。纖維素解聚與納米化：微波輔助DES處理對(duì)部分無(wú)定形纖維素有解聚作用，使聚合度從1288降至285，同時(shí)保持I型晶體結(jié)構(gòu)和高結(jié)晶度（~75%）。這種適度解聚的纖維素易于通過(guò)超聲處理轉(zhuǎn)化為納米纖絲纖維素。

應(yīng)用價(jià)值

超快速分離：微波輔助DES處理僅需3 min即可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的高效分離，相比傳統(tǒng)油浴加熱9 h大幅縮短處理時(shí)間，體現(xiàn)微波加熱的高效節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
高純度木質(zhì)素低聚物：提取的木質(zhì)素低聚物純度高達(dá)~96%，分子量低至913，多分散性僅1.25，具有窄而均勻的分子量分布，在下游芳香化學(xué)品生產(chǎn)中具有重要應(yīng)用潛力。
綠色溶劑體系：采用可持續(xù)的氯化膽堿和草酸二水合物制備DES，原料豐富、可再生、成本低，制備過(guò)程原子經(jīng)濟(jì)近100%，環(huán)境因子為0，符合綠色化學(xué)理念。
組分全利用：分離得到的木質(zhì)素低聚物可用于芳香化學(xué)品生產(chǎn)，纖維素殘?jiān)芍苽浼{米纖維素或生物乙醇，糖類(lèi)可轉(zhuǎn)化為碳材料，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的全組分高值化利用。
DES可循環(huán)利用：DES可通過(guò)蒸餾回收并重復(fù)使用，回收DES仍保持較高的分離效率，降低了溶劑成本和環(huán)境污染。

常見(jiàn)問(wèn)題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？

本研究使用 XH-800S。

研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？

該研究發(fā)表于 ChemSusChem（2016），使用 XH-800S 開(kāi)展低共熔溶劑、木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物研究，關(guān)鍵結(jié)果包括通過(guò)DES分離可獲得高純度 96.3%；木質(zhì)素低聚物純度 96%；組分分離效率 15.4%。

該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？

發(fā)表于 ChemSusChem，中科院 1 區(qū)。

引用信息
Efficient Cleavage of Lignin–Carbohydrate Complexes and Ultrafast Extraction of Lignin Oligomers from Wood Biomass by Microwave‐Assisted Treatment with Deep Eutectic Solvent
ChemSusChem, 2016
DOI: 10.1002/cssc.201601795