甘蔗渣高效两段式热解策略：增值含氧化合物的可持续生产与分离

针对生物质热解产物复杂、定向转化困难的问题，中国科学院研究人员通过酸洗脱矿（AAEMs）结合两段式热解（260–320°C烘焙+500°C快速热解），实现了甘蔗渣（SCB）中4-乙烯基苯酚、木糖苷及左旋葡聚糖等增值含氧化合物的选择性生产与分离。该研究为生物质原子经济性转化提供了新策略。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，生物质作为唯一可再生碳源备受关注。甘蔗渣（SCB）作为典型农业废弃物，年产量超2亿吨，但其热解转化面临两大瓶颈：一是传统快速热解产生的生物油成分复杂（含数百种化合物），难以直接商业化；二是碱/碱土金属（AAEMs）的存在会催化副反应，降低产物选择性。现有研究虽提出分段热解思路，但因缺乏对温度与AAEMs作用的系统认知，难以实现定向转化。

为突破这一困境，中国科学院团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，创新性地将酸洗脱矿与两段式热解耦合。研究首先采用2M HCl去除SCB中K、Na、Ca、Mg等AAEMs（含量1141–1880 mg/kg），随后通过热重分析（TG-DTG）和快速热解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）技术，系统探究了温度与AAEMs对产物分布的影响机制。

关键发现

1. 材料表征与脱矿效应
   酸洗使SCB灰分含量降低89%，AAEMs去除率达95%以上。TG-DTG显示脱矿后SCB热解区间仍集中于220–370°C，但最大失重峰温度从337°C升至347°C，表明AAEMs显著促进低温裂解反应。

2. 温度与AAEMs的调控作用
   Py-GC/MS证实：300°C烘焙阶段主要生成4-乙烯基苯酚（源自木质素）和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚（选择性提升3.2倍）；500°C快速热解阶段则以左旋葡聚糖（纤维素衍生物）为主，产率较传统单段热解提高67%。AAEMs的去除抑制了糖类二次裂解，使左旋葡聚糖产率从2.1%增至5.8%。

3. 两段式工艺优化
   通过响应面分析确定最佳参数：烘焙300°C（保留木质素衍生酚类）+快速热解500°C（最大化纤维素转化）。该组合使总含氧化合物收率提升41%，且实现产物自然分离——烘焙油相富集酚类，热解油相富集糖苷。

结论与意义
该研究首次阐明AAEMs通过催化糖类开环反应降低左旋葡聚糖选择性的分子机制，并提出“脱矿-分段热解”协同策略。相比传统工艺，新方法使能量利用效率提高28%，且无需后续分离步骤。这一原子经济性路径为生物质定向转化提供了范式，其产物（如4-乙烯基苯酚为医药中间体，左旋葡聚糖可合成生物降解塑料）具有显著工业价值。研究团队特别指出，该工艺可直接对接现有生物炼制设施，为甘蔗渣高值化利用开辟了新方向。