烷基卤化铵低共熔溶剂预处理提升杨木锯屑中碳水化合物与木质素分离效率的研究

本文系统研究了以不同烷基链长和卤素阴离子的烷基卤化铵作为氢键受体（HBA）的低共熔溶剂（DES）对杨木锯屑（PS）预处理的效果。结果表明，基于十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的DES凭借其低表面势能、弱氢键能和疏水性，显著提升了木质素（68.4?%）和木聚糖（94.0?%）的去除率，并使纤维素消化率提高至76.5?%，为生物质精炼提供了绿色高效的预处理新策略。

　　

Highlight

基于十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的DES展现出较低的表面电位、减弱的氢键能量和降低的极性，其性能优于基于短链烷基胺或其他含卤素HBA的DES。在预处理杨木锯屑（PS）时，该DES实现了68.4?%的木质素和94.0?%的木聚糖去除率，同时将纤维素消化率提升至76.5?%。结构分析表明，CTAB基DES显著破坏了木质素中关键的β-O-4醚键和芳香结构，从而增强了底物的可消化性。长链疏水烷基链和高极性溴离子赋予DES优异的渗透和解构木质纤维素能力，凸显了HBA分子结构在优化DES预处理范式以实现高效生物质转化中的至关重要性。

Kamlet-Taft溶剂化参数

为探究DES的独特性质，研究制备了由ChCl:LA（CCL）、CTAB:LA（CBL）、DTAB:LA（DBL）和CTAC:LA（CAL）组成的四种DES样品，HBD与HBA的摩尔比设定为1:4。采用多参数K-T参数，包括氢键酸性（α）、氢键碱性（β）和极化率（π），定量评估这些DES的极性特征。如表1所示，烷基铵基DES的π值较低，表明其极性较弱；而CBL的β值最高，说明其氢键碱性最强，有助于更有效地破坏木质纤维素中的氢键网络。

结论

本研究阐明了多种烷基卤化铵基DES预处理在提升PS纤维素消化率方面的优势。结果表明，以CTAB为HBA的DES相较于短链DTAB或氯化CTAC基DES具有更高的极性、优异的热稳定性和更低的氢键能。CBL的独特属性最终成功从PS中分离出68.4?%的木质素和94.0?%的木聚糖，实现了76.5?%的纤维素消化率，为生物质精炼过程中的高效组分分离提供了有力支持。