“木质素优先”策略下林木生物质组分催化分离与转化研究进展

化石资源的过度消耗及其产生的环境污染问题驱动了生物质资源各组分转化为燃料、化学品及材料的发展。传统的生物精炼产业聚焦于碳水化合物的分离、纯化、转化与利用,木质素通常作为副产物,仅有少量转化为低附加值产品。木质素的高值化利用不仅可以为下游工业提供可再生的芳香类碳氢资源,同时可大幅提升当前生物精炼产业链的经济效益。近年来,一种基于“木质素优先”策略,即生物质原料在直接催化处理下优先完成木质素组分降解转化为单分子苯酚化合物,同时保留碳水化合物不参与反应,成为生物质组分分离、抗降解屏障破除及各组分高值化利用的新方案。介绍了国内外课题组在该领域取得的一些研究进展,并从苯酚单体产率、选择性、木质素脱除率及碳水化合物保留率等主要参数入手,详细讨论了催化剂、溶剂及生物质原料等对“木质素优先”策略的影响。同时对该策略存在的问题及解决方案进行了分析,展望了未来的发展方向,以期为木质生物质的高效转化利用提供依据和参考。

“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源,有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难,木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用,本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制,综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展,探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素,分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律,提出了新型催化剂和反应器的设计思路,展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明:单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减,醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留,酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解,半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。