木质纤维素是天然界中储量最丰硕的可再生原料，重要由纤维素、半纤维素和木质素这三素组成。若何高质量地分离三素并获取可规；玫脑，是木质纤维素用作可再生化工原料使用的关键难题。中国科学院大连化学物理钻研所王峰钻研员团队设计并开发了催化木质素芳基化的三素分离(CLAF)技术，在木质纤维素三素分离和高值化利用方面获得沉要突破。有关成就于5月29日颁发在《天然》杂志上。

高效利用的主题——突破“钢筋混凝土”缠绕结构

王峰介绍，生物质是兼具物质与能量属性的可再生资源，约占世界一次能源总供给量的极度之一，全球可利用的生物质约为1700亿吨。木质纤维素是生物质的沉要组成部门，我国的年产生量约为11.8亿吨，蕴含林木资源、农副作物秸秆等。木质纤维素由3种组分组成，蕴含疏水性的木质素、亲水性的半纤维素和纤维素。

在电子显微镜下观察木质纤维素的微观结构，蕴含葡萄糖单元的纤维素、镶嵌着苯环的木质素、由五碳糖和六碳糖组成的半纤维素，别离表演着钢筋、水泥和箍筋的角色。纤维故旧错成束分散于半纤维素和木质素组分中，出现出类似“钢筋混凝土”的缠绕结构。该结构在植物成长中阐扬支持和；さ淖饔，也导致三素难以通过物理方式进行分离。

三素分离的化学技术索求始于1900年，其时开发的两步酸水解法是使用最宽泛的木质素定量步骤。该步骤可将纤维素和半纤维素齐全水解成五碳糖和六碳糖，同时得到已经产生缩合反映的木质素。但受限于其时的检测技术水平，木质素的结构变动并没有被发现。到1957年，经二氧六环抽提的磨木木质素成为最靠近原生结构的提取木质素，但提获得率仅为5%至10%。我国古代的造浆造纸技术选取石灰长功夫蒸煮法，可分离木质纤维素中的纤维组分。近现代，烧碱法、硫酸盐法、亚硫酸盐法等化学法造浆工艺能够高效、低成本地脱除木质素，却还是一种“就义”木质素的分离技术。

“能够说，此刻成熟造浆工艺系统通常仅聚焦于三素中的某一类组分。如打印纸，重要是对木质纤维素进行化学法处置，部门脱除木质素出产的。在造备过程中，木质素产生不成控缩合，导致催化反映活性大幅降低，通常作为附加值极低的工业废料直接烧掉了。”王峰惋惜地说，作为最具利用价值的可再生碳资源，木质纤维素若是无法充分利用，将限度生物质化工发展的经济性和环境敦睦性，而要想实现木质纤维素多组分或全组分的利用，关键在于三素的高效、低成本分离。

三素分离的突破口——巧用木质素缩合变堵为疏

“我们在钻研中发现，木质纤维素利用不充分的沉要原因是，木质素在反映过程中容易产生自身缩合，即不成控地形成分子间和分子内的碳碳键交联。这是天然木质素的本征化学个性，就像五六岁的幼孩子，天生充斥好奇，爱调皮，这是性子。对于木质纤维素，木质素在反映过程中容易自缩合也是性子。”王峰团队成员、大连化物所李宁博士介绍路。

针对这个问题，大无数钻研团队选择了抑造木质素自身产生碳碳键缩合的战术。他们通过化学改性、催化解聚等方式不变木质素组分，削减自缩合反映的产生。王峰团队一路头也想过因循之前的钻研惯性，但并没有收成梦想的成效。在沉新思虑了木质素缩合反映的利与弊之后，他们诞生了一个新设法。

“木质素产生自缩合反映从化学上可归为芳基化反映，而芳基化反映自身并不是一件坏事。与其选取‘堵’的步骤抑造木质素缩合，不如利用木质素结构中存在自缩合反映位点的优势，解决芳基化反映选择性的问题。”王峰回顾起其时破题时的设法。

因而，王峰团队“因势利导”引入与木质素结构类似且拥有高亲核活性的酚类化合物，在分离过程中，酚与木质素产生选择性芳基化反映，阻止木质素的无序自缩合过程。“木质素在芳基化改性后，溶化性显著提高，可与纤维素、半纤维素组分高效分离，同时保留了自身活性芳基醚结构，更有利于后续催化解聚。”李宁诠释说。

变堵为疏、因势利导，王峰团队利用木质素易缩合的偏差，通过引入拥有高亲核活性的木质素衍生酚，大幅提高木质素产生芳基化反映的选择性，并在此基础上设计开发了CLAF技术。

实现技术的经济绿色——进行创新放大验证

成功将木质素分离出来后，王峰团队着眼从终端市场角度思虑木质素的催化转化，明确了直接催化解聚木质素造备双酚的钻研方向。

他们基于芳基化木质素的结构个性，启发了一条芳基迁徙的催化解聚路线，将CLAF技术处置后的木质素组分直接催化解聚为木质素基双酚，进而造备环境敦睦的可再生双酚及寡聚酚。与双酚A相比，木质素基双酚的资料学机能根基相当，内排泄滋扰活性显著降落，生物安全性可提高100倍以上。作为热固性聚合物和热塑性聚合物的沉要前体，木质素基双酚有望在涂料、胶黏剂、通用和工程塑料领域提供可再生和环境敦睦的产品规划。

此表，CLAF技术联产的纤维素和半纤维素也可进行高值化利用。纤维素可用作原生纸浆、溶化浆和非粮纤维素糖。溶化浆中纤维素纯度高达95%以上，可代替棉花，提供纺织原料、药辅原料等；半纤维素可用于职能性糖、糠醛及其衍生物等沉要平台化合物的出产。

“我国去年进口了约300万吨溶化浆，进口依存度靠近90%；木糖和糠醛类产品的市场需要量超过50万吨；双酚A的国内需要也在400万吨左右。木质纤维素下游产品市场是明确的，此刻重要问题是若何经济、绿色地实现三素分离。在这条路上我们必要做的还好多，好比在木质纤维素原料的筛选、反映过程减碳、催化剂和反映器的设计、产品纯化分离等方面还必要持续创新，不休突破。”王峰持续说。

“我们基于尝试室规模的测算，溶化浆、木糖和糠醛、芳基化木质素的出产成本远低于市场价值。此刻在进行工程放大钻研，蕴含中试装置的设计与搭建、系统的节能降碳优化等。”李宁补充路，等待三素分离技术可充分利用分歧地域的生物质原料，推动有关产业本土化发展，降低有关产业对化石资源的依赖，解决我国生物质原料利用不充分等问题。