中新社北京5月30日電 （記者 孫自法）作為自然界中儲量最豐富的可再生原料，木質纖維素廣泛來源於木材、竹材、秸秆等，主要由纖維素、半纖維素和木質素（“三素”）組成。從約兩千年前造紙術在中國發明起，木質纖維素三素的高質量分離和高效利用一直備受關注。
據中國科學院最新消息，中國科學院大連化學物理研究所（大連化物所）王峰研究員團隊通過持續10多年研究，最新設計並開發出催化木質素芳基化的三素分離（CLAF）技術，其源於對木質素自縮合反應本質的新認識，採用催化反應手段，破解了在木質纖維素綠色精煉過程中三素高效分離並高值化利用的難題。
這項可再生能源研究應用領域取得的重要突破，由中國科學院大連化物所主導並聯合中國科學院生態環境研究中心、瑞典斯德哥爾摩大學、美國威斯康星大學-麥迪遜分校等中外同行共同完成，成果論文於北京時間5月29日夜間在國際著名學術期刊《自然》上線發表。
論文通訊作者王峰研究員介紹說，木質纖維素作為可再生化工原料使用的關鍵難題是，如何高質量地分離其三素以獲取規模化利用的原料，供下游轉化使用：例如，在約兩千年曆史的造紙法中，分離出竹、麻、秸秆等中的纖維組分（以纖維素和半纖維素為主）用於造紙；現代化學法製漿造紙中，分離出的纖維素漿約佔生物質總量的一半，而占總量20%-30%的木質素發生不可控縮聚，難以高值化利用。
作為最具利用價值的可再生碳資源，木質纖維素三素如果無法充分利用，將限制生物質化工發展的經濟性和環境友好性。
論文的第一作者、中國科學院大連化物所李寧博士稱，研究發現，木質纖維素利用不充分的重要原因是，木質素在反應過程中容易發生自身縮合，即不可控地形成分子間和分子內的碳碳鍵交聯。“這是天然木質素的本徵化學特性，就像五六歲的小孩子，天生充滿好奇，愛調皮，這是本性。對於木質纖維素，木質素在反應過程中容易自縮合也是本性”。
針對木質纖維素三素分離的難題，中國科學院大連化物所研究團隊在本項研究中另辟蹊徑，“因勢利導”引入與木質素結構類似且具有高親核活性的酚類化合物，在分離過程中，酚與木質素發生選擇性芳基化反應，阻止木質素無序自縮合過程。木質素芳基化改性後，溶解性顯著提高，可與纖維素、半纖維素組分高效分離，同時保留了自身活性芳基醚結構，更有利於後續催化解聚。同時，研究團隊高度關注本項研究的應用出口，從終端市場角度思考木質素催化轉化，基於芳基化木質素的結構特性，開闢出一條芳基遷移的催化解聚路線，具有優良的市場應用前景。
研究團隊表示，中國木質纖維素資源約11.8億噸/年，其中林業剩餘物理論資源量3.5億噸/年、秸秆理論資源量8.3億噸/年。因此，本項研究成果後續得到應用推廣，其減排作用重大，並擁有節能降碳巨大潛力。
王峰指出，本項研究通過木質纖維素三素分離新方法得到的原料可以降低相關產業對化石資源的依賴，既助力非石化資源高值化利用，也有望解決中國生物質原料利用不充分、生物質基材料進口依存度高等問題。同時，結合中國可再生資源的整體分佈趨勢，三素分離技術可充分利用不同地區的生物質原料，推動相關產業本土化發展。
他透露，研究團隊後續還將努力推動這項木質纖維素最新研究成果盡早走出實驗室，盡快通過中試推進產業化、規模化應用。（完）
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