生物精炼行业有句老话:“木质素可以制造任何东西,除了钱。”这种生物基化合物储量丰富,潜力巨大,但将其商业化仍然是一个挑战。
这种情况可能很快就会改变,中国科学院大连化学物理研究所(DICP)的化学家及其同事采用创新方法,利用木质素缩合(通常被认为是麻烦)来高效利用木质纤维素。这为最大限度地发挥木质生物质的潜力并迈向更可持续的未来开辟了一条整体途径。
木质素是木质纤维素中的一种复杂聚合物,木质纤维素是植物细胞壁中的结构成分,也是生产生物燃料和生物基材料的潜在有机原料。然而,当经过化学处理时,木质素往往会形成新的C-C键,这一过程称为缩合,这使其结构变得复杂且反应性降低。这阻碍了进一步加工,从而限制了木质纤维素在生产绿色化学品和材料方面的有效利用。
人们曾尝试过各种方法避免这种有害的缩合反应。然而,大连化物所的研究人员却反其道而行,找到了一种利用木质素缩合反应的方法。
“我们的目标不是抑制不良反应,而是通过与木质素衍生的酚进行明确的芳基化来重构缩合反应途径,从而利用木质素的缩合倾向,”大连化物所教授、这项研究的通讯作者王峰说。
芳基化是一种化学过程,其中芳基(一种芳香族化合物)通过Friedel-Crafts烷基化引入分子。通过引导特定键的形成,研究人员能够获得高产率的缩合木质素,进一步加工可生产出良性双酚-用途广泛的化合物,可用于从塑料到粘合剂等各种用途,可作为化石基产品的潜在替代品。
王说:“从历史上看,木质素一直被视为废物或生物精炼工艺的障碍。然而,通过我们的研究,我们认识到木质素不是废物,而是促进可持续发展的宝贵和不可或缺的自然资源。因此,我们的口号是‘木质素很重要’,我们提倡制定旨在有效转化木质素的战略转化为有价值的化学品和材料的战略。”
通过最大限度地发挥木质纤维素的价值,研究人员的方法有助于更全面地利用生物质,符合绿色生物精炼厂的目标。
“我们的最终目标是建立具有工业竞争力的生物精炼厂,彻底改变可再生化学品和生物材料的生产方式,”王说。“我希望未来可以直接用木材或草制造T恤和塑料商品。”