深度共熔溶剂预处理木质纤维素研究进展

作者：贾昭炎; 王成成; 曹春晖; 刘洋; 奚永兰; 刘明庆^*

来源：江苏农业科学, 2022, 50(20): 77-85.

DOI：10.15889/j.issn.1002-1302.2022.20.011

• 共熔溶剂
• 木质纤维素
• 生物质
• 预处理
• DES

木质纤维素是自然界含量丰富的可再生能源，可转化为生物燃料及其他化工产品，有望代替传统化石燃料，助力碳达峰。但木质纤维素拥有复杂的化学结构，在合理利用前需进行预处理。传统预处理方法存在工艺复杂、成本高等问题。而深度共熔溶剂(DES)作为一种新型的预处理生物质溶剂，在生物质分离方面具有巨大潜力，已得到众多科研工作者认可。本文综述了DES预处理木质纤维素相关研究，对DES进行了详细介绍及分类，根据化学组成将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型4种类型的DES。阐明了DES预处理木质纤维素三大组分(木质素、半纤维素、纤维素)的作用机制。并分别对DES预处理木质纤维素三大组分的研究进展进行了总结。在去除木质素时，采用酸度较强的物质作为氢键供体(HBD)制备DES或者选用羧基、胺/酰胺基类DES对木质素的去除效果会更好。另外，相较于纯DES,加水会降低DES的黏度，有利于木质素的溶解。但过量的水会降低DES中氢键的数量，反而不利于木质素的溶解。关于DES分离半纤维素的研究目前大多数集中于预处理条件优化等方面，众多研究表明，以氯化胆碱为氢键受体(HBA)的DES去除半纤维素能力更强。通常情况下，DES在分离三大组分时都希望减少纤维素的溶解，提高半纤维素和木质素的去除率。但也有很多学者进行了提高纤维素在DES中溶解度的研究，然而提升效果并不明显。本文还分析了摩尔比、DES类型和反应温度等因素对预处理效果的影响。众多研究表明，当改变HBD/HBA的摩尔比时，DES预处理效果也各不相同。DES类型和反应温度也会影响木质纤维素的预处理效果。当HBD均为多元醇时，对木质素的去除率为丙二醇>乙二醇>丙三醇。在一定温度范围内，温度提高可获得较好的预处理效果及提高糖收率，但过高的温度会造成较大的糖损失。最后还针对DES存在的问题，对DES的有效设计及未来大规模应用和经济效益前景进行了展望。

• 单位
  江苏省农业科学院; 生态环境部南京环境科学研究所; 江苏大学