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Developments in scientific research

青年学者刘永壮在林木生物质精炼研究方面取得新进展

发布时间:2021-10-12  点击:

近日,生物质材料科学与技术教育部重点实验室青年学者刘永壮在国际著名学术期刊Nature Communications上发表了题为“Tunable and functional deep eutectic solvents for lignocellulose valorization”的最新研究成果。该论文以东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室为第一完成单位,并联合荷兰格罗宁根大学、奥地利格拉茨大学的专家学者共同完成。

当前林木剩余物大量存在且附加值较低,对其进行高效精炼制备高附加值的能源、材料和化学品具有重要研究意义。生物质材料科学与技术教育部重点实验室于海鹏教授提出林木生物质精炼的研究主题,并在国家杰出青年科学基金的支持下开展相关研究,前期已探索出有效破解生物质“抗解聚屏障”的科学策略,实现对木质纤维的超快速炼制和组分高效解聚分离,突破了传统只能“纤维素优先”或“木质素优先”的选择桎梏,向全组分综合高效利用迈进了一大步。

此次,该团队的优秀青年学者刘永壮副教授,针对解聚转化过程中易出现的木质素缩合、在纤维素表面吸附性聚集等影响产物利用效率和价值链的问题,提出构建功能可调型双氢键供体低共熔溶剂的研究思路,通过氯化胆碱/草酸/乙二醇的科学配置以及计算分析它们与木质组分之间的构效关系,在不同的路径实现了对木质素的高效解聚、缩合抑制和有效分离,并同时保证了可分离纤维素组分的高纯度和后续转化活性。分离后的木质素经过催化氢解或酸解后能够选择性得到酚类芳香单体,产率提高约5倍,是迄今为止催化解聚低共熔溶剂分离木质素的最高得率;经分离得到98%的纤维素组分,未发现任何木质素的重吸附和沉积,通过酶解转化可实现96%~99%的高葡萄糖产率。文中所采用的新型低共熔溶剂具有成本低廉、绿色无毒的显著优势,且利用后具有较高的回收率和纯度,再次利用依然展现良好的解离效果。综上,该研究工作为林木生物质的可控精炼提供了一种新方法,更向实现林木生物质的理想化综合精炼又迈进一步,在未来的生物精炼产业发展方面具有较大的应用空间。

该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-25117-1

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