北理工團隊在木質素脫甲基制備多酚方面取得新進展
發(fā)布日期:2025-09-29 供稿:生命學院 攝影:生命學院
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近日,北京理工大學生命學院綠色生物制造團隊通過質子溶劑與質子型離子液體(PILs)的協(xié)同作用策略(圖1),實現(xiàn)了在無鹵條件下木質素綠色高效脫甲基化制備多酚的研究新進展。相關成果以“Protic solvent-boosted lignin demethylation in protic ionic liquids”為題發(fā)表于國際頂級期刊《Chemical Engineering Journal》(IF = 13.2),論文第一作者為博士后劉逸塵,孫劍教授為通訊作者,北京理工大學為第一作者通訊單位。

圖1. 質子溶劑促進[EOA][OAc]中木質素脫甲基反應
木質素作為自然界中唯一的可再生芳香族高分子材料,其酚羥基含量的高效提升,對于拓展其在皮革鞣制、膠黏劑、樹脂等綠色領域的應用具有至關重要的意義。然而,基于含鹵試劑的傳統(tǒng)方法大多存在腐蝕性強、環(huán)境風險高和回收成本大等問題,限制了其大規(guī)模應用。為此,團隊在前期研發(fā)的低成本、無鹵PILs基礎上(ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 26, 9682;Chem. Eng. J. 2022, 443, 136486),進一步引入質子溶劑,通過顯著增強PIL的離子特性并降低體系黏度,有效加速了反應進程。在優(yōu)化的反應條件([EOA][OAc],70 ℃,水含量50 wt%)下,木質素脫甲基效率達到25.3%(圖2),相較于純PIL體系,該效率實現(xiàn)了數(shù)倍提升。

圖2. 在60 °C(a)、70 °C(b)、80 °C(c)、90 °C(d)下,水含量對[EOA][OAc]-水體系下木質素脫甲基的影響
研究表明,水的引入可使體系黏度降至約為初始值的1/34,顯著改善反應傳質條件;也可強化[EOA][OAc]的離子化程度,促進了由[OAc]-誘發(fā)的SN2機理木質素脫甲基。同時,水在該體系中兼具雙重功能:作為共溶劑可加速木質素脫甲基進程,作為反溶劑則能實現(xiàn)木質素的分離沉淀;這一特性使離子液體的分離與回收操作更簡便。初步能耗評估結果顯示,本研究發(fā)展的含水PIL體系回收方法,相較于傳統(tǒng)的純離子液體回收方法,可降低約44%的能耗(圖3a),并大幅縮短干燥時間。

圖3. (a)[EOA][OAc]-水體系中,水蒸發(fā)量與對應能耗(80 °C、0.2 atm);(b)本工作的流程及能耗降低示意圖
本研究揭示了通過調控PIL離子化程度與溶劑微環(huán)境以優(yōu)化木質素脫甲基效率的作用機制,進一步豐富和完善了無鹵條件下制備木質素多酚的綠色技術與策略。與以往依賴木質素完全溶解的均相體系不同,本工作以水為共溶劑構建部分非均相體系,通過提升離子液體的陰陽離子解離并降低體系黏度,有效改善了體系的傳質與傳熱效率,最終實現(xiàn)脫甲基化反應效率的顯著提升(圖3b)。此外,所得多酚化木質素已展現(xiàn)出在生態(tài)皮革鞣制及酚醛樹脂替代領域的應用潛力,這對推動可持續(xù)生物質材料的發(fā)展具有重要意義。
全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168825
附團隊簡介:
綠色生物制造團隊圍繞國家“雙碳”和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求,注重化學、生物、化工、材料等多學科交叉融合,開展功能化離子液體基礎及應用研究,具體方向包括功能化離子液體設計及微環(huán)境作用,生物基化學品和材料合成,光、電、熱、生物等過程耦合,以及仿生功能器件構建等。
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