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【文汇报】竹木秸秆“拆”出绿色高价值工业原料

来源:《新京报》第6版 综合

发布时间:2024-05-30

■本报记者 许琦敏

化石原料“断舍离”,可再生原料接替上岗,博鱼app科学家又找到一条重要路径:将木材、竹材、秸秆中的木质纤维素高效分离成纤维素、半纤维素和木质素,作为可再生化工原料供下游转化应用。昨天深夜,国际权威学术期刊《自然》在线发表了这一来自博鱼app历经十多年的攻关成果。

破解木质素分离的“贪吃蛇”困境

木质纤维素是植物自己合成出的“钢筋混凝土”,也是自然界中储量最丰富的可再生原料,主要由纤维素、半纤维素和木质素(简称“三素”)组成。我国每年可利用的木质纤维素原料约有12亿吨。古人发明的造纸法,就是将竹、麻、秸秆等植物中的纤维组分分离出来加以利用。不过,这种方式效率很低,即使用现代化学法制浆造纸,分离出的纤维素浆也仅占生物质总量一半左右,而占生物质总量20%—30%的木质素几乎利用不到。

作为最具利用价值的可再生碳资源,木质纤维素“三素”如果无法充分利用,将限制生物质化工发展的经济性和环境友好性。“木质素中天然形成的苯环在自然界中极为难得,如果可以分离出来用于化工产业,利用价值非常高。”2005年,论文通讯作者、博鱼app科学院大连化物所研究员王峰开始了分离木质素的探索。

2013年,王峰团队提出了催化还原解聚天然木质素的方法,引领了木质素优先解聚的热潮,相关论文引用次数已逾千次。

木质素在“三素”中性质最活泼,但在过往研究中,科学家发现,木质素在分离过程中会发生不可控的缩聚,“就好像游戏‘贪吃蛇’一样,会自己一段段连起来,最后变成一大团无法被利用的分子。”王峰说。

经过细致分析,王峰团队发现,木质素分子的缩聚并非不可避免,只要加入与它更“亲密”的芳基化试剂——木质素衍生酚,就能让它们放弃“抱团”。经过如此改性后,木质素的溶解性显著提高,可与纤维素、半纤维素组分高效分离。同时由于保留了自身活性结构,分离出的木质素更有利于后续催化解聚。

攻克一个个难关实现变废为宝

如果说,新能源的应用是在能量供应上替代化石能源,那么木质纤维素的高质量“三素”分离,就是一项在物质供应上实现“石油替代”的关键技术。王峰说,这对我国实现“双碳”目标具有重要意义。

2013年发表论文提出概念后,王峰带着团队攻克实现路径上一个又一个难关。他回忆说:“从概念到形成木质素催化转化模型,经过了好几届学生的努力,最终回归分离的本质,才获阶段性成果。”这一领域也吸引越来越多科学家加入——2015年,一次国际会议仅有半天时间在讨论木质素催化转化,2019年这一领域话题的讨论足足持续了两天半。

在此基础上,研究团队发展出了一整套的“三素”分离技术,将提取出的木质素制备成环境友好的可再生双酚和寡聚酚——其毒性仅为传统石化工艺生产的双酚的百分之一。此外,同时分离出的纤维素组分和半纤维素糖可分别转化为高纯溶解浆、木糖和糠醛。

目前,大连化物所王峰团队已发表相关论文56篇、综述15篇,总引用次数超2500次,还申请了80多件专利。“我们正在进行年产量300吨的工程放大研究,希望能将其最终推向工业化。”论文第一作者李宁坦言,工艺放大同样是个艰难而漫长的过程,但其经济价值与社会意义都十分巨大。

王峰介绍,目前我国溶解浆的下游产品进口依存度近90%,2022年进口量高达300多万吨,而木糖和糠醛类产品的市场需求量达50多万吨。木质素经催化解聚可制备绿色化学品、可再生材料和燃料,潜在市场巨大。

“过去,木质素原料往往被当作工业废料直接烧掉,现在可转化为高价值工业原料。”王峰表示,在这条路上,研究团队还要在木质纤维素原料的筛选、反应过程减碳、催化剂和反应器的设计、产品纯化分离等方面持续创新、不断突破,推动相关产业本土化发展。

以下是该媒体报道地址:https://dzb.whb.cn/2024-05-30/6/detail-852485.html

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