ACS Sustain. Chem. Eng.：杂多酸辅助中性低共熔溶剂分离木质素

背景介绍

低共熔溶剂（deep eutectic solvents，DESs）是由氢键供体和氢键受体组成的盐类混合物，在室温下呈液体状态。与传统有机溶剂和离子液体相比较，DESs 合成条件简单、原料易得价廉、稳定性好、毒性低且易降解。因此国内外学者逐渐开展了DESs在木质素分离等领域内的研究工作。

近日，北京林业大学许凤教授课题组报道了一种通过杂多酸辅助中性低共熔溶剂分离木质素的方法。此方法不仅有效地提高了木质素得率，而且避免了长期使用酸性低共熔溶剂所造成的设备腐蚀。由于采用处理条件较为温和，处理时间较短，故有利于工业化的生产。该研究成果发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering (DOI: 10.1021/ACSSUSCHEMENG.0C03491)。

图文导读

1. 木质素结构表征

本研究采用杂多酸（磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸）辅助中性低共熔溶剂（氯化胆碱/丙三醇）在100-130 °C下处理奇岗3个小时分离木质素。通过增加温度从100到120 °C,木质素的得率从58.5%上升到78.2%,这可能是由于中性DES与杂多酸可以选择性的断裂醚键,从而导致木质素解聚,进一步促进木质素的从植物细胞壁中分离。但进一步升高温度(130 °C)，木质素产量略有下降，说明较高温度下小分子量木质素降解。值得注意的是，硅钨酸催化氯化胆碱/丙三醇处理奇岗得到的木质素产率为78.2%，纯度为92.7%，略高于磷钨酸和磷钼酸处理奇岗所得的木质素。这可能是由于硅钨酸作为四元酸能够在中性氯化胆碱/丙三醇DES中释放更多的质子(H⁺)来分离木质素。

木质素的重均分子量和数均分子量分别为1520-2470 和 1230-1960 g/mol。各木质素组分的PDI均较低(小于1.7)。该体系得到的木质素较氨法和有机溶剂木质素(4.01和5.64)结构更为均一。此外，此木质素样品能够较好溶解在常见的有机溶剂中，如四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基乙酰胺(DMA)，揭示了新型木质素组分能够在均相和多相中催化转化为酚类单体、二聚体和低聚体方面的潜在应用。

2. 木质素表面形态

本研究基于扫描电镜和透射电镜的分析，发现木质素呈现出不同纳米尺度的类似球体颗粒。

3. 木质素应用：抗氧化性能

如图a所示，随着DPPH-乙醇浓度增加，抗氧化活性增强。在木质素浓度为0.1 mg/mL的DPPH-乙醇溶液中，木质素样品的抗氧化活性为78.4%。此外，IC₅₀指数显示了抗氧化强度为50%时溶液的浓度。因此，IC₅₀值越低，木质素的抗氧化活性越强。木质素样品的IC₅₀分别为0.045 mg/mL、0.049 mg/mL、0.042 mg/mL，是优于商业抗氧化剂BHT (0.056 mg/mL)。

结论

优先分离木质素是生物质精炼的新策略，有效地提高了生物质精炼的效益。作者通过杂多酸辅助中性低共熔溶剂高效清洁分离了木质素，研究发现该纳米级别的木质素具有高纯度、低分子量、低多分散性等特性。此外，木质素还具有良好的热稳定性和抗氧化性能，可进一步应用于化妆品行业。

名师介绍

许凤，教授，博士生导师，长江学者奖励计划特聘教授，国家杰出青年基金获得者。主要从事农林生物质资源高值化利用应用基础研究，包括农林生物质细胞壁超微结构解译、主要组分分离、结构鉴定以及生物基化学品与功能材料转化研究。

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