随着化石能源的逐渐枯竭, 开发可再生资源迫在眉睫. 植物纤维资源, 具有来源广泛, 储量巨大等特点, 是一座重要的能源宝库. 由植物纤维原料可衍生出很多重要的化工原料和产品. 其中, 5-羟甲基糠醛 (5-HMF) 化学性质活泼, 可以通过氧化, 氢化和缩合等反应制备多种衍生物, 是重要的精细化工原料之一. 5-HMF由葡萄糖或果糖脱水生成, 果糖又可以由葡萄糖异构得到, 所以5-HMF广泛应用的前提是丰富的葡萄糖原料. 特别是纤维原料中直接提取和制备葡萄糖具有重要意义. 同时, 将植物纤维原料中的木质素进行脱除以获取纤维素材料, 对于天然高分子的利用具有重要意义.
近日, 中国科学院新疆理化技术研究所资源化学研究室千人计划研究员王天富团队, 采用典型的固体杂多酸 (硅钨酸, 磷钨酸, 磷钼酸) 作为催化剂, 在γ-戊内脂/水溶剂体系内, 对原木木粉中木质素进行了有效脱除, 获得了富含纤维素的材料. 材料表征结果均表明, 杂多酸在有效的脱除原木木粉中的木质素的同时, 对木材中的其他组分几乎没有影响. 而且随着木质素的脱除, 更多的官能团暴露在材料的表面, 这对于木基材料的改性具有积极的意义.
进一步优化的酶降解的实验表明, 脱除木质素后的纤维素基底材料可以在相当温和的条件下被酶降解为葡萄糖, 可以作为葡萄糖的上游原料. 值得强调的是, 该实验所用的木粉未进行任何的预处理, 所以该研究对植物资源的直接利用具有重要的意义.
该研究成果发表于国际工程刊物《生物资源技术》 (Bioresource Technology) 上, 文章第一作者为博士研究生张立波. 该研究工作得到国家自然科学基金, 中组部千人计划等项目资助.
图1 杂多酸降解木粉中的木质素并酶降解制备葡萄糖示意图
图2 脱除木质素后纤维素材料与原木木粉表征
图3 纤维素材料酶降解优化示意图
