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会员动态 东南大学最新成果,登上Nature新大子刊创刊封面
东南大学最新成果,登上Nature新大子刊创刊封面
  发布日期:2024-01-24

木质素精炼——碳碳键断裂。

木材由碳水化合物(最多占 70%)和木质素(最多占 30%)组成。要实现木材生物精炼,必须对碳水化合物和木质素进行估值。将木材碳水化合物转化为纸浆和纸张等产品的价值已得到公认,而木质素尽管是非常理想的芳香族化合物来源,但目前在这些行业中的价值却很低。在过去十年中,人们一直在努力开发除纸浆之外的木质素价值化方法,这种方法被称为 "木质素优先方法 "。

鉴于此,埃因霍芬理工大学Emiel J. M. Hensen教授、骆治成博士 (现为东南大学研究员)和东南大学肖睿教授合作报告了木质素中的C-C键在最初破坏易变C-O键时的断裂情况,其单环烃产量比以前报告的高出一个数量级。铂(脱)氢化功能的使用导致烯烃基团靠近难处理的C-C键,这些烯烃基团可以在沸石布氏酸位点上发生β裂解。在证实这种方法可以选择性地裂解木质素骨架中常见的C-C键(5-5′、β-1′、β-5′和β-β′)之后,作者展示了这种方法在各种代表性木质素价值化中的实用性。技术经济分析表明,该方法有望用于生产汽油和喷气燃料范围内的环烷烃和芳烃,而生命周期评估则证实了其在二氧化碳中性燃料生产方面的潜力。相关研究成果以题“Carbon–carbon bond cleavage for a lignin refinery”发表在《Nature Chemical Engineering》上。

这项研究为C-C键断裂开辟了新途径,可应用于木质素以外的基材,例如塑料。特别值得注意的是,作者巧妙地发现了生成含有C=C键的中间体的必要脱氢步骤,以及催化剂的布朗斯台德酸位点的存在,以促进导致键断裂的事件。这导致收益率高于之前的报告。

虽然这项工作极大地推进了该领域的发展,但它也带来了需要进一步研究的问题。作者对5-5'模型化合物的裂解机制进行了彻底的实验和计算研究;然而,β-5'、β-β'和β-1'基序的转化机制并未被涵盖。由于这些模型产生了更复杂的产品混合物,此类研究将有助于进一步提高该过程的选择性。一种潜在的策略是研究不同形态的沸石,这可以通过择形催化提高产品选择性。该方法的另一个限制是工业木质素的产率仍然相对较低。需要对这些木质素来源的结构-反应性关系进行进一步研究。

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