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生物質(zhì)，這個(gè)聽起來像是科幻小說里的東西，實(shí)際上卻是地球上最古老、最普遍的能量源之一，它就藏在我們的日常生活中，等待著被發(fā)現(xiàn)和利用。
簡(jiǎn)單說來，生物質(zhì)就是一切源于植物、動(dòng)物和微生物的有機(jī)物。這些有機(jī)物可以是森林里的落葉、農(nóng)田里的作物殘余，甚至是你家廚房里的食物廢料。它們之所以被稱為“生物質(zhì)”，是因?yàn)樗鼈兲N(yùn)含了生命體通過光合作用或食物鏈積累的化學(xué)能量。
作為國際公認(rèn)的一種零碳可再生資源，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行綠色高值化開發(fā)是可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑之一。
在自然界中，以木質(zhì)纖維素為代表的生物質(zhì)，來源廣泛，儲(chǔ)量豐富，具有巨大的轉(zhuǎn)化利用潛力。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，整體具有類似于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，難以分離。其中，纖維素和半纖維素約占50%到70%，結(jié)構(gòu)相對(duì)均一。木質(zhì)素約占15%到30%，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
如何高質(zhì)量分離三素，并轉(zhuǎn)化為下游高值化產(chǎn)品，一直是木質(zhì)纖維素利用的關(guān)鍵難題。來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等單位的科研人員在木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)三素分離和高值利用方向取得重要突破：他們?cè)O(shè)計(jì)并開發(fā)出催化木質(zhì)素芳基化的三素分離技術(shù)（CLAF），解決了在木質(zhì)纖維素綠色精煉過程中三素難以高效分離、高值利用的問題。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》雜志。
針對(duì)木質(zhì)素容易發(fā)生自身碳碳鍵縮合的問題，研究團(tuán)隊(duì)因勢(shì)利導(dǎo)，巧妙利用這一“缺陷”，創(chuàng)新性地通過引入類似于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素衍生酚，催化其優(yōu)先與木質(zhì)素發(fā)生芳基化反應(yīng)，從而有效抑制木質(zhì)素低值化自身縮合，實(shí)現(xiàn)纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的高效分離。
基于該芳基化產(chǎn)物中的活性芳基醚結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一條全新的催化路線，首次實(shí)現(xiàn)將木質(zhì)素直接解聚為雙酚，簡(jiǎn)化了常規(guī)研究中先解聚木質(zhì)素得到單酚，再將單酚偶聯(lián)為雙酚的步驟。此類木質(zhì)素雙酚可用于合成塑料、樹脂等高分子材料，有望逐步替代石化基雙酚A等大宗雙酚單體。同時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，其毒理安全性顯著提升。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種催化木質(zhì)素芳基化的三素分離CLAF技術(shù)，適用于多種木質(zhì)纖維素原料，分離制備的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，可以聯(lián)產(chǎn)高純度溶解漿、功能性糖、木質(zhì)素雙酚、聚合材料等下游產(chǎn)品。
這一策略不僅解決了分離的難題，相關(guān)產(chǎn)物在紡織、醫(yī)藥、食品保健、綠色化工、可再生材料等領(lǐng)域也都具有廣闊應(yīng)用前景。
記者：宋雅娟 肖春芳
制作：亢北望（實(shí)習(xí)）
責(zé)任編輯：魏敏
