磁性金属有机框架MIL-53(Fe)@Fe3O4纳米催化剂：一种用于水稻秸秆木质纤维素脱木质的可持续策略以促进生物燃料生产

《Bioresource Technology Reports》：Investigation of MIL-53 (Fe)@Fe?O? nanocomposites as sustainable catalysts for lignocellulose delignification in rice straw for biofuel applications

本文推荐一种创新型磁性金属有机框架（MOF）纳米催化剂MIL-53(Fe)@Fe3O4（MM-53），用于水稻秸秆（RS）的温和条件（25°C）预处理。该催化剂在低浓度（3 g L?1）下实现34%脱木质素效率，提升纤维素含量与结晶度，其酶解产糖量（23.4 g L?1）与碱性预处理相当，并显著促进生物氢（biohydrogen, BH2）产量（最高109.1 mL H2 g?1 TS），为木质纤维素生物质（LCB）的绿色预处理提供新途径。

　　

Highlight

Raw materials, chemicals and media

水稻秸秆（RS）采集自印度马哈拉施特拉邦浦那附近的农场。经风干后，使用锤式粉碎机将RS研磨至目标粒径（1–5 mm），并用2 mm筛网过筛。RS用普通自来水冲洗，并在60°C烘箱中干燥24小时。测定干燥后RS的含水量为3.3 ± 1.2%。RS密封保存在塑料袋中，于室温（RT）下备用。所有购买的化学品均为来自[此处省略具体供应商]的分析纯级别。

Biochemical profile of rice straw

对水稻产业产生的农业废弃物进行经济可持续管理的一种方式，是将其用作原料。RS作为生物燃料应用的原料，其利用率受其化学组成的影响。本研究中，RS含有8.9% (w/w) 木质素、31.2% (w/w) 半纤维素（HC）和41.2% (w/w) 纤维素。研究表明，5%至24%的木质素含量会显著阻碍纤维素向葡萄糖的转化，从而限制了RS在生物精炼中的潜力。

Conclusion

本研究使用磁性金属有机框架（MOF）MM-53 [MIL-53(Fe)@Fe₃O₄] 对RS进行预处理，用于生物燃料应用。MM-53在100°C高温下保持稳定，重量损失可忽略不计（3%）（图1c），这使其适用于各种生物燃料应用。通过将金属纳米催化剂（NCs）与碳基质杂交，进一步稳定并减少了NCs的金属浸出[图1e(iii)]。对于MM-53而言，磁性成分（Fe₃O₄）的引入使得NCs得以回收，从而最大限度地减少了[此处省略后续内容]。