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为解决传统糠醛生产方法的弊端，研究人员开展利用胆碱氯：乳酸（ChCl:Lactic Acid）低共熔溶剂（DESs）从油棕生物质生产糠醛的研究。结果表明该方法能实现高选择性、高产量制备糠醛，为可持续生物炼制提供新途径。
在全球环保意识日益增强的当下，可持续化学生产成为了科研领域的热门话题。其中，从生物质中获取有价值的化学品，更是众多科研人员努力探索的方向。糠醛（Furfural），作为一种关键的生物质基平台化学品，广泛应用于生物燃料、溶剂、农药、聚合物、制药和调味剂等多个领域，备受关注。
然而，传统的糠醛生产方法采用无机酸催化剂，犹如一把 “双刃剑”。虽然能实现糠醛的制备，但它带来的问题却不容小觑。设备腐蚀、高能耗、低选择性以及不佳的工艺经济性，就像一道道难以跨越的障碍，严重制约了糠醛生产的发展。离子液体（ILs）曾被视为解决这些问题的希望之星，因其具有可调节的性质，一度受到科研人员的青睐。但它高昂的成本、毒性、有限的稳定性以及尚不明确的反应机制，使得其在工业应用的道路上举步维艰。
在这样的困境下，低共熔溶剂（DESs）崭露头角，成为了替代离子液体的有力候选者。DESs 通常由氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）组成，通过氢键相互作用形成熔点低于各组分的共晶混合物。它具有低毒性、可生物降解、热稳定性和化学稳定性好以及制备简单等诸多优点。胆碱氯（ChCl）作为常用的 HBA，不仅可生物降解，价格还十分低廉；乳酸等有机酸则作为有效的 HBDs。此前研究发现，乳酸的分子结构和官能团对 ChCl:Lactic Acid 的物理化学和热性能有着关键影响，不同摩尔比的 ChCl:Lactic Acid 会呈现出不同的溶剂特性。
尽管 DESs 介导的糠醛生产取得了一定进展，但在无催化剂、单一溶剂条件下，ChCl:Lactic Acid 用于不同结构的油棕生物质（如油棕空果串（EFBs）和油棕叶（OPFs））制备糠醛的研究还存在明显空白。这些油棕生物质在许多棕榈油产区储量丰富却未得到充分利用，其独特的化学组成和木质纤维素结构，可能与 ChCl:Lactic Acid 发生不同于常见生物质原料的相互作用。因此，深入研究这些相互作用，对于提高糠醛产量、推动可持续生物炼制发展意义重大。
基于此，来自国外的研究人员针对这一问题展开了系统研究。他们以 EFBs 和 OPFs 为原料，利用 ChCl:Lactic Acid DESs 进行糠醛制备实验。研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为该领域的发展提供了重要参考。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，按照美国国家可再生能源实验室（NREL）标准程序对油棕生物质进行预处理，将 OPF 和 EFB 样品粉碎、筛分、乙醇萃取、洗涤并干燥；其次，运用 NREL 方法对处理后的生物质样品进行成分分析；最后，对合成的 DESs 进行物理化学和热性能表征 ，以此来探究各因素对糠醛制备的影响。
不同因素对糠醛产率的影响研究
研究人员系统评估了温度（120–170 °C）、反应时间（15–60 min）、水含量（0–10 wt%）、生物质类型以及 DES 摩尔比（1:2 和 1:4）对糠醛产率的影响。实验发现，在 170 °C、60 min、5 wt% 水含量以及 ChCl:Lactic Acid 摩尔比为 1:2 的条件下，EFB 和 OPF 制备糠醛分别获得了 76.93% 和 68.45% 的最高产率。通过对不同摩尔比的 ChCl:Lactic Acid 进行物理化学表征（包括密度、折射率、分解 / 冰点、pH 和粘度）发现，1:2 的摩尔比相较于 1:4 展现出更优越的催化性能，这得益于其更低的粘度、更高的酸度和更优的热性能。
水含量在反应中的作用研究
在反应体系中添加水，能够通过调节 DES 的极性和降低粘度，促进半纤维素的溶解和糠醛的形成。适量的水（5 wt%）可以起到积极作用，但当水含量过高（10 wt%）时，反而会导致糠醛产率下降。这是因为过量的水会破坏 DES 的结构，引发副反应，影响糠醛的生成。
不同生物质类型对产率的影响研究
对比 EFB 和 OPF，研究发现 EFB 的糠醛生产效率更高。这可能是由于二者木质纤维素结构、木聚糖含量和纤维素结晶度存在差异。在整个实验过程中，无论何种条件，反应的选择性始终保持良好，腐殖质生成极少，这充分说明了 ChCl:LA 在热和酸性环境中的稳定性。
综上所述，该研究证实了 ChCl:Lactic Acid 在油棕生物质制备糠醛过程中，兼具溶剂和催化剂的双重作用，能够高效地实现半纤维素的解聚和糠醛的合成。研究人员系统评估的关键工艺变量，明确了各因素对糠醛产率和选择性的影响。其中，ChCl:Lactic Acid 1:2 的摩尔比展现出了最佳的物理化学和热性能，有助于降低反应体系粘度、增强酸度，进而提高催化性能。而 EFBs 在糠醛制备方面表现更优，能达到更高的产率。
这项研究意义非凡，它不仅为利用可生物降解的 DESs 从未充分利用的木质纤维素残渣中高产制备糠醛提供了有效方法，还为可持续生物炼制开辟了新途径，推动了生物质资源的高效利用，为相关领域的进一步研究和工业应用奠定了坚实基础，有望在未来助力实现更加绿色、环保、可持续的化学工业生产模式。
