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为解决木质纤维素生物质（LCB）高效转化及木质素提取难题，研究人员用新型低共熔溶剂（DES）预处理蓖麻脱油饼生物质（CDCB）提取木质素。经响应面法优化，得到最佳条件，且 DES 可循环使用 4 次，为生物炼制材料开发提供新途径。
研究背景
在当今时代，非可再生化石燃料资源日益枯竭，全球环境问题也愈发严峻，这给人类的可持续发展带来了巨大挑战。在此背景下，生物炼制领域的研究人员积极探索可再生原料，期望找到一种环境友好的替代方案。木质纤维素生物质（Lignocellulosic Biomass，LCB）作为一种极具潜力的可再生资源，吸引了众多研究者的目光。它广泛存在于森林、草地和农业废弃物中，如秸秆、树叶、稻壳等，每年全球 LCB 产量高达约 181.5Gt，但实际有效利用量仅约 8.2Gt，其开发利用潜力巨大。
LCB 主要由木质素、半纤维素和纤维素组成，这些成分通过共价键和氢键等相互连接，形成了复杂的结构。木质素作为地球上第二丰富的天然聚合物，因其独特的结构和优良的性能，在众多领域有着广阔的应用前景，比如生物聚合物、水凝胶、碳纤维等材料开发。然而，目前由于提取技术耗能高，木质素的利用受到极大限制。而且，LCB 结构稳定，尤其是木质素的存在，使得 LCB 的高效转化困难重重。为了打破这一僵局，预处理成为从 LCB 中回收资源的关键步骤，其目的在于破坏 LCB 的顽固结构，提高各组分的可及性。
现有的木质素提取预处理技术，包括物理、化学、物理化学和生物等方法，都存在各自的局限性。例如，物理和物理化学方法需要消耗大量能量来分解 LCB；生物处理方法反应速度缓慢；化学预处理中的酸碱处理则需要苛刻的化学条件，且容易造成环境污染。因此，开发一种高效、可持续且环境友好的木质素提取方法迫在眉睫。
印度理工学院海得拉巴分校的研究人员针对上述问题，开展了利用新型低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvent，DES）预处理蓖麻脱油饼生物质（Castor De - oiled Cake Biomass，CDCB）提取木质素的研究。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为解决木质素提取难题提供了新的思路和方法，对推动生物炼制领域的发展具有重要意义 。
研究方法
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过合成新型 DES 进行实验，该 DES 以
- 二丁基 -
- 四甲基乙烷 1,2 - 二溴化铵（DBTMEDABr）为氢键受体，乳酸（LA）为氢键供体。其次，运用响应面法（Response Surface Methodology，RSM）对预处理过程进行优化，将温度、时间和 DES 浓度作为变量，以实现木质素的最大回收。此外，利用傅里叶变换红外光谱（Fourier Transforms Infrared Spectroscopy，FTIR）和质子核磁共振（
1 H NMR）对回收的木质素进行表征，分析其结构特征 。
研究结果
CDCB 的处理与组成分析 ：研究人员从印度理工学院海得拉巴分校附近的当地油厂获取 CDCB，将其研磨成细粉，过 0.6mm 筛网，并经己烷洗涤、105°C 烘干处理。经分析，CDCB 中纤维素含量为 24.83±0.39%，半纤维素含量为 18.90±0.63%，木质素含量为 37.7±1.22%，灰分含量为 0.56±0.16% 。预处理条件优化 ：通过 RSM 优化预处理条件，发现当温度为 116.9°C、时间为 189min、DES - DBTMEDABr/LA 浓度为 25.69% v/v 时，木质素回收率最高。这一优化条件为实际生产提供了重要参考 。木质素的表征 ：利用 FTIR 和1 DES 的循环利用 ：研究考察了新型 DES 的循环使用性能，发现其在预处理的第四个循环仍具有较好的效果，表明该 DES 具有良好的可回收性，减少了溶剂使用和废弃物产生，符合绿色化学理念 。
研究结论与讨论
本研究成功利用新型 DES - DBTMEDABr/LA 对 CDCB 进行预处理提取木质素，并通过 RSM 优化了预处理条件。该研究成果意义重大：一方面，开发了一种高效且可持续的木质素回收方法，使用的绿色溶剂 DES - DBTMEDABr/LA 在温和条件下即可实现高效预处理，减少了化学废物的产生；另一方面，该方法为生物炼制领域中木质素在材料开发等方面的应用提供了新的技术支持，有助于推动生物炼制行业的可持续发展。同时，DES 的良好循环利用性能也为降低生产成本、减少环境污染提供了可能。然而，该研究也存在一定的局限性，比如在大规模应用方面，还需要进一步研究 DES 的生产工艺和成本控制等问题。未来的研究可以朝着优化 DES 合成工艺、探索更广泛的生物质原料适用性等方向展开，以进一步完善这一绿色木质素提取技术 。
