低共熔溶剂在木质纤维原料溶解及其组分分离中的研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新兴的绿色溶剂,具有和离子液体类似的物理化学性质,以及易制备、成本低、溶解能力强、可设计性等优点。利用DES溶解和分离木质纤维原料及其组分进而生产生物质能源与材料是一种新型环保的木质纤维原料利用方法。在介绍DES的制备、物理化学性质及溶解机理的基础上,综述了DES溶解纤维素、半纤维素和木质素,以及分离木质纤维组分的研究进展,最后对DES应用于木质纤维领域今后的工作做出了展望。     

低共熔溶剂应用于木质纤维素预处理的研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新型的绿色溶剂,具有制备简单、价格低廉、无毒、可生物降解、可循环使用的特点,在木质纤维素预处理应用方面前景广阔。本文首先概述了低共熔溶剂的组成、分类、制备方法及其物理性质等,随后对DES在生物质预处理领域中的研究应用进行归纳,综述了DES预处理分离木质纤维素的机理性研究,重点介绍了DES选择性分离木质纤维素的应用进展,以期为DES在预处理木质纤维素类生物质的规模化应用提供理论参考。     

低共熔溶剂在木质素分离方面的研究进展

木质素是自然界中含量丰富的可再生芳香族聚合物,其结构复杂并与碳水化合物之间存在致密连接,这使得木质素难以高效分离。低共熔溶剂(DES)是一种新型绿色离子液体,凭借着独特的物化性质已被成功应用于木质素的溶解和分离。本文从低共熔溶剂溶解木质素及其相关机理出发,综述了低共熔溶剂分离提取木质素的研究进展,重点阐述了木质素在分离提取过程中受DES的组成、配比、酸碱度、官能团,体系的水含量,原料,反应时间、温度,外加催化剂、共熔剂及其他辅助方式的影响,并介绍了DES提取分离所得木质素产物低共熔溶剂木质素(DESL)的结构特征,最后对DES在木质素分离提取方面的研究工作进行了总结与展望。     

三元低共熔溶剂预处理甘蔗渣的酶解性能研究

以制糖工业副产物甘蔗渣(SCB)作为木质纤维原料,使用具有优异相转移催化能力的三乙基苄基氯化铵(TEBAC)、无毒无害的甘油(GL),以及高价态路易斯酸六水合氯化铝(ACH)组成的三元低共熔溶剂(DES)对SCB进行预处理,系统考察了DES物质的量之比、预处理温度、预处理时间、固液质量比对SCB中各组分含量和纤维素酶解效率的影响。研究结果表明：最佳预处理条件为n_TEBAC∶n_GL∶n_ACH为1∶2∶0.05、预处理时间30 min、预处理温度120℃和固液质量比1∶15,此优化条件下木质素去除率达到(86.23±2.11)%,纤维素保留率为(94.51±2.03)%,酶解纤维素转化率达到(98.21±1.02)%,相较于未处理SCB提高了2倍,葡萄糖得率高达(81.94±1.98)%,提高了1.5倍。SEM、FT-IR和XRD分析结果表明：三元DES预处理能够有效去除SCB中的木质素和半纤维素,从而使纤维素的结晶度由未预处理的41.19%提高到预处理后的65.87%。DES经过5次循环利用后,纤维素转化率和葡萄糖得率仍达...     

低共熔溶剂提高积雪草有效成分提取效率的研究

本研究采用低共熔溶剂法提取积雪草中有效成分,通过气相色谱法分析馏出液中β-石竹烯的浓度;采用高效液相色谱法分析水提取液中羟基积雪草苷和积雪草苷的浓度,并计算得率;检测积雪草提取前后纤维素、半纤维素和木质素的含量,并且采用扫描电镜进行组织结构形态观察。结果显示：(1)低共熔溶剂法馏出液中β-石竹烯的浓度为6.58μL·mL^-1,较水蒸气蒸馏法提高6.15倍;(2)低共熔溶剂法提取羟基积雪草苷和积雪草苷得率分别为1.03%和0.89%,分别较水提取法提高1.40倍和3.68倍;(3)低共熔溶剂提取后的积雪草渣中纤维素、半纤维素和木质素含量分别较原料下降61.39%、59.19%和59.33%,而水蒸气蒸馏法仅下降31.29%、12.43%和2.30%;(4)低共熔溶剂提取后的积雪草渣中的组织结构破坏程度较水提取更严重。由此可知,低共熔溶剂可显著提高积雪草中有效成分的得率,其作用机制是通过溶解植物体的纤维素、半纤维素和木质素,破坏植物组织结构,从而促进有效成分溶出。研究成果为高效提取积雪草工艺提供了研究基础。     

响应曲面优化低共熔溶剂预处理麦秸秆制备含木质素纳米纤维素

纳米纤维素因其独特的优势和广泛的应用受到越来越多的关注,但其制备工艺需向环境友好型方向发展。以麦秸秆为原料,经绿色低共熔溶剂预处理和超声破碎后,成功制备了含木质素的纳米纤维素。结果表明：通过响应面法优化的ClCh/OA的预处理工艺是一种简单、绿色、可持续制备含木质素纳米纤维素的方法,可实现农业废弃物的高效分离和高附加值利用。优化的预处理工艺条件为：预处理温度为94.4℃,预处理时间为5.9 h,ChCl/OA的摩尔比为0.9,在此条件下,制备的含木质素的纳米纤维素纤维素含量为46%,半纤维素和木质素含量分别为25.4%和14.2%,其粒径主要分布在28 nm左右,显示出优良的稳定性、分散性和热稳性。     

低共熔溶剂体系预处理制备纤维素纳米纤丝及其性能研究

采用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂(DES)体系预处理,结合纳米均质化机械处理将漂白硫酸盐杨木浆纤维制备成纤维素纳米纤丝(CNF),并利用元素分析、扫描电子显微镜、红外光谱、热重分析和X射线衍射对CNF的性能进行了分析表征,还计算了CNF的聚合度(DP)和制备能耗.研究结果表明:DES预处理可以促进纸浆纤维的润胀,有利于纳米...     

三元低共熔溶剂高效预处理提高杨木酶水解效率

合成两种新型三元低共熔溶剂：氯化胆碱/乙二醇/对羟基苯磺酸和氯化胆碱/1,4-丁二醇/对羟基苯磺酸,分别对杨木进行预处理。采用成分分析、红外光谱、X-射线衍射及扫描电镜等对预处理前后杨木的化学成分、结构及表面形貌的变化规律进行分析,研究低共熔溶剂的氢键供体种类及预处理时间对杨木成分及后续酶水解的影响。成分分析及红外光谱分析结果表明,氯化胆碱/乙二醇/对羟基苯磺酸及氯化胆碱/1,4-丁二醇/对羟基苯磺酸均可在短时间内(0.5～1.5 h)脱除大量木聚糖(>74%)和木质素(>70%),同时保留绝大部分纤维素(>74%)。X-射线衍射仪分析表明,预处理后杨木纤维素晶型仍为纤维素Ⅰ_β,但结晶度上升。扫描电镜结果显示,样品表面粗糙度增加。酶水解结果表明,延长处理时间及增长氢键供体碳链均可促进纤维素酶水解,24 h酶解效率最高超过95%。因此,氯化胆碱/多元醇/对羟基苯磺酸体系可显著提高杨木的酶水解效率,是一种短时、高效的预处理体系,有望应用于开发低能耗的木质纤维素加工工艺。     

木质纤维生物质的电化学催化研究进展

电催化是一种可以将电能转化为化学能的清洁、高效转化技术。在生物质精炼的各种策略中,电催化主要通过电子从电极表面转移到反应底物,在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应,将生物质衍生物转化为高附加值的产品。总结了几种代表性的木质纤维生物质衍生物,如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、木质素及其衍生物等,通过电催化反应转化为高附加值化学品的最新进展。其中,在生物质衍生物的电还原反应中,糠醛的电还原产物主要是糠醇和2-甲基呋喃,HMF的电还原产物主要包括2,5二甲基呋喃和2,5-二羟甲基四氢呋喃等;酚类化合物通过加氢脱氧可还原为高碳氧比、稳定的芳香烃类化学品;在生物质衍生物的电氧化反应中,糠酸是糠醛主要的电氧化产物,HMF主要的电氧化产物是为2,5-呋喃二羧酸;木质素可以通过电催化氧化转化为香兰素、愈创木酚等。讨论了电催化过程中的催化剂和反应参数(如电极电位、pH等)对生物质衍生物电催化效率的影响以及相应的反应机理,并对电催化应用于生物质高值化利用领域的发展趋势进行了展望。     

天然低共熔溶剂提取杜仲叶绿原酸及其抗氧化活性

以杜仲叶为原料,采用超声波辅助天然低共熔溶剂(NADES)提取杜仲叶绿原酸并考察其抗氧化活性.首先筛选出较优的天然低共熔溶剂体系,然后在单因素试验的基础上通过响应面优化提取工艺,并考察杜仲叶绿原酸的抗氧化活性.研究结果表明:较优的溶剂体系由甜菜碱、L-乳酸与水组成,各组分的物质的量比为1:1:4,低共熔溶剂中水用量为5...     

木质纤维生物质制备乙酰丙酸及其应用综述

随着资源的枯竭以及环境问题的日益严峻,可再生绿色资源的高值化利用日益受到重视。乙酰丙酸作为一种新一代生物质基绿色平台化合物,可用来制备燃料和高附加值的化学品。笔者详细介绍了木质纤维生物质制备乙酰丙酸的最新研究进展,重点介绍了乙酰丙酸的两条重要制备路径和各种催化体系的制备方法以及乙酰丙酸的应用。生产乙酰丙酸最原始的方法是在水溶液中进行。虽然液体酸制备乙酰丙酸具有反应效率高、反应时间短等优点,但也存在一些缺点,比如酸回收成本高、乙酰丙酸分离困难、对设备的要求高等,而固体酸的应用很好地克服了以上问题。固体酸催化剂制备过程需要考虑的是强酸位点的数量和酸位点的类型,这是生成目标化学品乙酰丙酸的关键因素。离子液体和γ-戊内酯作为绿色溶剂,也应用于乙酰丙酸的生产。此外,还对乙酰丙酸的衍生物5-氨基乙酰丙酸、γ-戊内酯和2-甲基四氢呋喃作了详细描述。最后分析了乙酰丙酸制备面临的可能挑战,提出了未来的研究方向,以期为广大研究者提供有益参考。     

碳酸钠催化氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂改性碱木质素及其表征

以季铵盐氯化胆碱(ChCl)与乳酸(Lac)、尿素(U)、草酸(OA)、甲酸(FA)分别合成低共熔溶剂(DES)并对工业碱木质素(AL)进行改性,研究了由不同氢键供体与ChCl合成的DES体系、反应条件及催化剂对碱木质素改性的木质素提取率的影响。研究发现使用氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂(ChCl/Lac)时,木质素的提取率最高。通过单因素试验得到ChCl/Lac改性的最优条件为：在120℃时,Lac与ChCl物质的量比值(n_Lac/n_ChCl)为12,DES添加量为碱木质素质量的20倍(m_DES/m_AL=20),反应时间12 h,木质素提取率达95.37%;当反应温度降低到100℃,无催化剂时,木质素提取率为40.39%,使用8%碳酸钠为催化剂时,木质素提取率提高至74.87%。采用FT-IR、¹³C NMR、TG和DTG对木质素样品进行表征,由FT-IR、¹³C NMR结果可得,改性中β-O-4键断裂并引入羟甲基和甲氧基,改性后木质素主要结构单元为紫丁香基结...     

低共熔溶剂-球磨法提取竹叶黄酮碳苷工艺优化

以低共熔溶剂为提取溶剂,用球磨法从毛竹叶中提取黄酮碳苷类化合物,采用高效液相色谱-飞行时间质谱(LC-Q-TOF-MS)测定竹叶中4种黄酮碳苷(异荭草苷、荭草苷、异牡荆苷和牡荆苷)的含量,通过单因素试验和正交试验,对低共熔溶剂的含水量、提取时间、液料比等因素进行考察。结果表明,从竹叶中提取黄酮碳苷的最佳工艺为：低共熔溶剂(氯化胆碱和乙二醇构成)含水量50%、提取时间150 s、液料比6∶1(mL∶g)。在该条件下,从竹叶中提取4种黄酮碳苷的总提取得率为1.55 mg/g,其中,异荭草苷0.99 mg/g、荭草苷0.23 mg/g、牡荆苷0.04 mg/g、异牡荆苷0.29 mg/g。该方法提取得率比浸渍提取法提高了7.6%,且节约了时间和有机溶剂。利用该优化工艺,结合LC-Q-TOF-MS检测,成功应用于以毛竹叶为原料制成竹茶样品的黄酮碳苷提取与测定。     

氯化胆碱/丙三醇低共熔离子液改性木质素酚醛树脂

研究氯化胆碱和丙三醇在不同物质的量比、不同温度条件下合成氯化胆碱/丙三醇低共熔离子液体(Ch Cl/Glycerol DES)的最佳合成工艺,并用其处理木质素(Dealkaline CAS9005-53-2)。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、离子化差示光谱、热重(TG)、核磁共振氢谱(1H-NMR)等分析手段对氯化胆碱/丙三醇低共熔离子液体处理前后木质素的分子结构及热稳定性变化进行表征。研究结果表明:反应温度为100℃,氯化胆碱和丙三醇物质的量比为1∶2时,体系的反应效率最高,所制备的离子液体黏度适中、稳定性好。木质素经Ch Cl/Glycerol DES改性处理后酚羟基总含量明显增加,反应活性明显提高,其中,木质素中紫丁香基结构(S)被降解,说明Ch Cl/Glycerol DES处理木质素可显著提高其反应活性。经Ch Cl/Glycerol DES处理后的木质素按10%,20%,30%和40%的替代量替代苯酚,制备的木质素-酚醛树脂胶黏剂的胶合强度均可达到国标GB/T 8942.3—2004中Ⅰ类胶合板标准要求。     

氯化胆碱/氯化锌低共熔离子液改性木质素制备酚醛胶的研究

通过合成氯化胆碱与氯化锌物质的量比为1:2体系的低共熔离子液(DES来活化处理木质素,再加水分离得到再生木质素(DL),对比改性前后木质素的结构变化,并分别用其代替部分苯酚(10%、20%、30%、40%)制备酚醛树脂,研究其对酚醛树脂胶黏剂性能的影响。结合红外光谱、紫外光谱和核磁共振氢谱的分析可知经DES改性后的木质素中少量醚键断裂,部分甲氧基脱除,少部分被酚化,木质素反应活性提高。并且,所压制胶合板的胶合强度均优于未改性木质素替代苯酚所制备的酚醛树脂,且在实验范围内均达到了国家标准中Ⅰ类胶合板的要求。     

酸性低共熔溶剂分离制备粗纤维素及理化性质分析北大核心

高效分离竹木质纤维素“三素”(纤维素、半纤维素和木质素)利于竹资源的高值化利用。以原生毛竹竹茎粉为原料,采用对半纤维素和木质素有选择性溶出能力的酸性低共熔溶剂(ADES),高效分离得到竹粗纤维素,并对其进行理化特性研究。结果表明:磷钨酸基ADES对纤维素分离效果较佳,对半纤维素和木质素具有高选择性去除能力。纤维素保留率、半纤维素和木质素去除率分别为99.07%、86.98%和60.75%。相比于原料,经ADES处理得到的产物热稳定性也有明显增强。此外,产物的亲水性与组成两者间表现出显著的相关性,这对于快速测定木质纤维素类物质组成方法的建立具有一定的借鉴意义。     

低共熔离子液体改性木质素-酚醛树脂的热解和热解动力学研究

采用氯化锌/乙酰胺低共熔离子液(DES)处理2种木质素,加水作为反相溶剂得到再生木质素。研究用其替代部分苯酚制备木质素改性酚醛树脂(LPF)的基本性能变化,结合热重分析法(TGA)分析树脂的热解特性,引入Flynn-WallOzawa模型量化了树脂的表观活化能。结果表明,经该DES处理前后的磨木木质素和酶解木质素均可在保持树脂基本性能稳定的前提下替代20%苯酚制备LPF。升温速率β影响树脂的热分解过程,4种LPF的初始分解温度、热解过程所需的活化能均高于未改性酚醛树脂(PF),特别是经氯化锌/L酰胺DES处理后的再生磨木木质素改性酚醛树脂(RMLPF),其热降解温度更高,残炭率更多,热解过程所需的活化能比PF高出2~4倍,热稳定性明显提高。     

AlCl3促进毛竹低共熔体系预处理效率的研究

研究了一种AlCl₃辅助的低共熔溶剂（DES）预处理毛竹的方法。合成了以氯化胆碱和AlCl₃为氢受体,愈创木酚为氢供体的低共熔溶剂,考察了低共熔溶剂中AlCl₃用量对毛竹原料的化学组成、物料得率和后续酶水解效率的影响,结果表明：随着AlCl₃用量的增加,预处理物料木聚糖和木质素含量逐渐降低,葡聚糖含量升高,葡聚糖酶水解得率显著提高。当AlCl₃用量为1.32%（摩尔分数）,氯化胆碱、愈创木酚和AlCl₃物质的量比为25∶50∶1)时,预处理效果达到最佳,预处理物料得率为57.16%,葡聚糖和木聚糖回收率分别为95.95%和12.84%,木质素脱除率为74.88%,葡聚糖酶水解得率由未添加AlCl₃时的11.16%提高到96.20%,表明AlCl₃可以有效促进DES体系对毛竹中木聚糖和木质素的溶解。通过XRD、SEM和FT-IR分析对预处理后物料进行表征。XRD分析结果表明预处理物料的结晶度随着AlCl_3...     

白腐菌预处理在生物质材料中的应用

白腐菌经长期的生物进化,形成了一套独特的生理生化机制和强大的降解代谢能力,在木质和非木质材料预处理中都有广泛的应用。介绍了白腐菌特点及其降解木质素机理,对近年来国内外白腐菌预处理在生物质材料改性中的应用进行综述,重点论述了白腐菌预处理在改善渗透性、提高产氢量、生物制浆、糖化和醇解、堆肥以及饲料预发酵等方面的研究进展,并提出未来白腐菌在生物质材料领域应用的研发重点,为生物质材料的合理利用提供参考。