木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)資源，其主要由纖維素(占干物質(zhì)重的30-50%)、半纖維素(占干物質(zhì)重的20-40%)及木質(zhì)素(占干物質(zhì)重的15-25%)三部分構(gòu)成，此外還包括少量的結(jié)構(gòu)蛋白、脂類(lèi)和灰分。纖維素是葡萄糖單元通過(guò)β-1,4糖苷鍵線性連接形成的均相聚合物，纖維素纖維之間通過(guò)氫鍵相互作用，并可以形成結(jié)晶區(qū)域和無(wú)定型區(qū)域;半纖維素是由不同類(lèi)型的單糖(包括五碳糖和六碳糖)構(gòu)成的雜聚多糖，其中木聚糖的比例大約為50%;木質(zhì)素是一種無(wú)定形的、分子結(jié)構(gòu)中富含氧代苯丙醇結(jié)構(gòu)或其衍生結(jié)構(gòu)單元的芳香性高聚物。如圖1所示，木質(zhì)素分散于纖維素纖維之間，但二者通常沒(méi)有直接的化學(xué)鍵連接，木質(zhì)素主要起著抗壓作用;半纖維素貫穿于木質(zhì)素和纖維素纖維之間，起著連接二者的作用，進(jìn)而形成非常牢固的纖維素-半纖維素-木質(zhì)素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。木質(zhì)纖維素的這一結(jié)構(gòu)是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中自然選擇的結(jié)果，因此木質(zhì)纖維素生物質(zhì)對(duì)環(huán)境中生物的或非生物的侵蝕都具有較強(qiáng)的抵抗能力。HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　圖1 木質(zhì)纖維素材料預(yù)處理前后的結(jié)構(gòu)示意圖(Mosier N. et al.,Bioresource Technology, 2005)HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　木質(zhì)纖維素中包含了五碳糖、六碳糖及芳香類(lèi)化合物等多種結(jié)構(gòu)單元，這種結(jié)構(gòu)組分的化學(xué)多樣性為從木質(zhì)纖維素生產(chǎn)不同的化學(xué)產(chǎn)品提供了可能。要實(shí)現(xiàn)這一可能，首先需要利用有效的預(yù)處理技術(shù)打破纖維素、半纖維素及木質(zhì)素之間牢固的相互作用，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素各組分的分級(jí)分離，然后再根據(jù)各組分的物理化學(xué)特性分別進(jìn)行針對(duì)性地轉(zhuǎn)化利用。HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　針對(duì)木纖維素的以上特性，我們課題組的研究主要從以下方向開(kāi)展：HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　1、固體堿-活性氧分級(jí)分離木質(zhì)纖維素各組分：本課題組開(kāi)發(fā)建立的高效環(huán)保的固體堿-活性氧蒸煮工藝，能夠有效地實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素各組分的分級(jí)分離，玉米秸稈或甘蔗渣的脫木素率可達(dá)90%以上(圖2)。蒸煮過(guò)程中，在固體堿和活性氧組分共同作用下能夠有效地?cái)嗔涯举|(zhì)素中的醚鍵，進(jìn)一步使之與纖維素分離開(kāi)來(lái)。此外，固體堿提供的弱堿性環(huán)境還能起到保護(hù)纖維素結(jié)構(gòu)的作用。絕大部分固體堿通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾即可回收再利用，因而極大地減少了環(huán)境污染物的排出。分離得到的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素可以進(jìn)一步經(jīng)過(guò)如催化轉(zhuǎn)化等多種途徑轉(zhuǎn)化為其他高附加值的化學(xué)品和燃料。HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　圖2 固體堿-活性氧蒸煮分級(jí)分離木質(zhì)纖維素組分HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　2、纖維素和半纖維素催化轉(zhuǎn)化制備平臺(tái)化合物：生物基平臺(tái)化合物是一類(lèi)具有多種官能基團(tuán)和多種應(yīng)用潛能的分子，以這種平臺(tái)分子作為原料可以制備多種其他高附加值的化學(xué)品、液體燃料甚至聚合材料。從纖維素或半纖維素衍生的這類(lèi)生物基平臺(tái)分子主要有5-羥甲基糠醛、乙酰丙酸及其酯類(lèi)、γ-戊內(nèi)酯及糠醛等(圖3)。HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司

　　3. 生物基平臺(tái)化合物的轉(zhuǎn)化，包括制備其他高附加值的化學(xué)品(如5-胺基乙酰丙酸、各種生物質(zhì)基的雜環(huán)化合物)聚合材料單體化合物(如二羥甲基呋喃、呋喃二甲酸等)以及液體燃料(如二甲基呋喃等)。HE6膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司