【摘要】 由于木质素解聚具有生产生物燃料和化学品的潜力，因此通过各种方法解聚已获得了极大的兴趣。

木质素作为唯一可从再生资源中获得的芳香族化合物，是石油资源潜在的有效替代品。利用制浆和/或生物精炼厂生产的技术木质素，对消除生态环境污染和扩大可再生资源的利用具有重要意义。木质素技术增值的研究历史悠久，但目前还停留在实验室或中试阶段。有效的木质素增值需要经济上可行的工艺将木质素解聚成芳香单体，然后将解聚产物与其他组分分离。为了提高上下游加工效率，开发高效的解聚和分离技术至关重要。长期以来，广泛的研究一直集中在开发高效的木质素催化解聚体系上。然而，解聚产物的分离还没有得到足够的重视。为深入了解木质素衍生物的研究现状，Wu[1]等人对木质素衍生物的提取、膜过滤、色谱分离、精馏和组合等分离方法的最新进展进行了综述和讨论。此外，还对木质素解聚产物的分离提出了一些可行的思路。

 

木质素是一种复杂且难降解的酚类大分子，占木质纤维素生物量的15~30%，被认为是制备平台化学品的潜在替代石油资源。生物精炼战略致力于将生物质转化为一系列能源产品、生化和材料。大多数生物精馏方案都侧重于利用易于转化的馏分，而木质素由于其复杂的结构和稳定的连接，其潜力仍未得到充分利用。木质素复杂的三维聚合物结构是由苯丙烷单元缩合而成的，其中对羟基苯醇(H)、愈创木酰醇(G)和丁香醇(S)是主要的前体。在木质素生成过程中，三种主要前体通过过氧化物酶转化为以C/ o为中心的自由基，并相互随机聚合[8]。木质素聚合在聚合物中产生一系列具有小种类单元间键的亚结构，包括β- o - 4,5 -5， α-O-4， β-5， β-β， 4-O-5和β-1单元。因此，设计有效的策略来切割普遍存在的C-O / C-C键，同时保持芳香环的完整是木质素利用的关键问题。

 

图1. 木质素解聚策略的建立。[1]

 

尽管全世界木质素的产量接近7000万吨，但只有1~2%被用作化学品和材料生产的前体。将这种低价值的副产品转化为高价值的副产品将有助于抵消造纸和生物乙醇生产的成本。虽然基础研究历来集中于将木质素转化为化学品、材料和燃料，但这些努力很少转化为商业实践。木质素增值对木质纤维素生物精炼厂的整体经济效益至关重要。生物基和化石基结果的比较表明，木质素途径在全球变暖潜势、生态毒性效应和化石燃料消耗方面的环境影响总体上分别降低了2%、7%和59%。

 

图2. 木质素降解分离示意图。 [1]

 

由于木质素解聚具有生产生物燃料和化学品的潜力，因此通过各种方法解聚已获得了极大的兴趣。木质素解聚产物的绿色高效分离已成为制约木质素产业化的主要因素。木质素解聚产物的各种分离策略包括萃取(如水萃取、有机溶剂萃取、ILs萃取、SC-CO2萃取和化学萃取)、膜过滤(如OSN)、色谱分离(如柱层析)、蒸馏(如常规蒸馏、真空蒸馏和分子蒸馏)、组合技术(如膜过滤-色谱分离)。虽然取得了许多令人振奋的成果，但木质素解聚产物的连续分离仍然面临着巨大的挑战。

 

[1] Wu, Z., Jiang, Y., Wang, X. et al. A review on the separation of lignin depolymerized products. Biomass Conv. Bioref. 13, 16667-16683 (2023).

 

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