中国林科院“十三五”国家自然科学基金项目优秀成果汇编报道10

——林木生物质组分可控定向分离
林木生物质组分可控定向分离
Directional fractionation of forestry biomass
木质生物质是地球上最丰富的一类生物质资源，主要由碳水化合物高分子(纤维素、半纤维素)和芳族聚合物(木质素)组成。糖和酚类是生物质基本结构单元，也是化学性质相对稳定的化合物。降解产物稳定性较差的主要原因是糖类物质分解得到的羰基化合物，与木质素降解产生的酚类化合物发生的低聚反应。因此，如何控制纤维素、半纤维素降解过程中不发生进一步的分解转化，形成稳定单糖中间体，是解决这一问题的关键。
中国林科院林化所徐俊明研究员及其研究团队在国家自然科学基金（批准号：31422013）的资助下，以杨木和竹材等木竹原料为研究对象，开展了高效生物质组分分离技术研究。该团队利用两步法实现原料的全组分分离，首先应用CO2辅助水解法实现将热稳定性较弱的半纤维素进行分离，得到了以C5单糖和多聚糖为主的糖类组分。半纤维素的分离过程有效破坏木质纤维的LCC结构，使得纤维素与木质素之间的连接减弱，有利于这两种组分的进一步分离。再将富含纤维素和木质素的部分在以异丙醇/水作为溶剂，Raney Ni为催化剂的体系中进一步进行木质素的选择性过程，将木质素组分转化为高附加值的酚类物质，如2,6-二甲氧基-4-甲基苯酚，4-（2-羟乙基）-2,6-二甲氧基苯酚等。最后将富含纤维素组分进一步在碱性过氧化氢中处理，得到高纯度的纤维素组分。
这一研究将生物质高效分离为糖类平台和酚类平台化合物，为生物质的进一步高值化利用奠定基础。以上该研究的成果发表在Green Chem.、ACS Sustainable Chem. Eng.、ACS Sustainable Chem. Eng.。建成一套有效容积1 m3的中间试验装置，设计压力达到10 MPa，最高工作温度300℃。获得吉林省科学技术进步二等奖。
中国林科院科技处 2021-02-05

关键词 自然科学基金  科技成果  科技创新  林产化学  新材料  生物质  纤维素  半纤维素  图片