北理工團(tuán)隊(duì)在木質(zhì)素脫甲基制備多酚方面取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2025-09-29 供稿：生命學(xué)院 攝影：生命學(xué)院
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近日，北京理工大學(xué)生命學(xué)院綠色生物制造團(tuán)隊(duì)通過(guò)質(zhì)子溶劑與質(zhì)子型離子液體（PILs）的協(xié)同作用策略（圖1），實(shí)現(xiàn)了在無(wú)鹵條件下木質(zhì)素綠色高效脫甲基化制備多酚的研究新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Protic solvent-boosted lignin demethylation in protic ionic liquids”為題發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)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(xué)為第一作者通訊單位。
圖1. 質(zhì)子溶劑促進(jìn)[EOA][OAc]中木質(zhì)素脫甲基反應(yīng)
木質(zhì)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(duì)于拓展其在皮革鞣制、膠黏劑、樹(shù)脂等綠色領(lǐng)域的應(yīng)用具有至關(guān)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(qiáng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高和回收成本大等問(wèn)題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為此，團(tuán)隊(duì)在前期研發(fā)的低成本、無(wú)鹵PILs基礎(chǔ)上（ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 26, 9682；Chem. Eng. J. 2022, 443, 136486），進(jìn)一步引入質(zhì)子溶劑，通過(guò)顯著增強(qiáng)PIL的離子特性并降低體系黏度，有效加速了反應(yīng)進(jìn)程。在優(yōu)化的反應(yīng)條件（[EOA][OAc]，70 ℃，水含量50 wt%）下，木質(zhì)素脫甲基效率達(dá)到25.3%（圖2），相較于純PIL體系，該效率實(shí)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(duì)[EOA][OAc]-水體系下木質(zhì)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(yīng)傳質(zhì)條件；也可強(qiáng)化[EOA][OAc]的離子化程度，促進(jìn)了由[OAc]-誘發(fā)的SN2機(jī)理木質(zhì)素脫甲基。同時(shí)，水在該體系中兼具雙重功能：作為共溶劑可加速木質(zhì)素脫甲基進(jìn)程，作為反溶劑則能實(shí)現(xiàn)木質(zhì)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(jiǎn)便。初步能耗評(píng)估結(jié)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(shí)間。
圖3. （a）[EOA][OAc]-水體系中，水蒸發(fā)量與對(duì)應(yīng)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(guò)調(diào)控PIL離子化程度與溶劑微環(huán)境以?xún)?yōu)化木質(zhì)素脫甲基效率的作用機(jī)制，進(jìn)一步豐富和完善了無(wú)鹵條件下制備木質(zhì)素多酚的綠色技術(shù)與策略。與以往依賴(lài)木質(zhì)素完全溶解的均相體系不同，本工作以水為共溶劑構(gòu)建部分非均相體系，通過(guò)提升離子液體的陰陽(yáng)離子解離并降低體系黏度，有效改善了體系的傳質(zhì)與傳熱效率，最終實(shí)現(xiàn)脫甲基化反應(yīng)效率的顯著提升（圖3b）。此外，所得多酚化木質(zhì)素已展現(xiàn)出在生態(tài)皮革鞣制及酚醛樹(shù)脂替代領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，這對(duì)推動(dòng)可持續(xù)生物質(zhì)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(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：
綠色生物制造團(tuán)隊(duì)圍繞國(guó)家“雙碳”和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求，注重化學(xué)、生物、化工、材料等多學(xué)科交叉融合，開(kāi)展功能化離子液體基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，具體方向包括功能化離子液體設(shè)計(jì)及微環(huán)境作用，生物基化學(xué)品和材料合成，光、電、熱、生物等過(guò)程耦合，以及仿生功能器件構(gòu)建等。
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