碱-低共熔溶剂协同处理竹材高效分离高聚合度纤维素与优质木质素的新策略

针对传统碱法制浆能耗高、纤维素聚合度(DP)骤降及木质素严重缩合等问题，研究人员开发了碱预处理耦合深共熔溶剂(DES)的集成工艺，在温和条件(110°C/50min)下同步获得高α-纤维素含量(82.15%)、高DP值(1280)的竹浆和低缩合度木质素，为竹材高值化利用提供绿色新路径。

　　

竹材作为速生可再生资源，其高值化利用对缓解我国木材短缺具有重要意义。然而传统硫酸盐法制浆存在"三高"痛点：高温(165-175°C)、高压(6-8bar)、高能耗(较木浆高25-30%)，导致纤维素降解(DP值下降)和木质素缩合。更棘手的是，竹材中40%的纤维细胞与50%薄壁细胞通过木质素-碳水化合物复合物(LCC)紧密交联，形成顽固的"盔甲结构"。现有离子液体、甲酸等替代工艺又面临成本高、设备腐蚀等瓶颈。如何破局？

广东某研究团队创新性地提出"碱-DES阶梯式处理"策略。通过温和碱处理(70°C)率先破除竹材"第一道防线"——去除57.21%半纤维素和60.70%灰分，使纤维素纯度提升至66.37%；继而采用苯基三乙基氯化铵(BTEAC)/甲酸(FA)构成的DES体系(摩尔比1:5)在110°C下精准拆解木质素"堡垒"，不仅获得DP值高达1280的优质纤维素，更提取出分子量分布窄、热稳定性强的木质素。该成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

关键技术包括：1)多浓度梯度碱处理优化；2)BTEAC/FA-DES体系构建；3)反溶剂法回收木质素；4)凝胶渗透色谱(GPC)分析分子量分布；5)热重分析(TGA)评估热稳定性。

【材料与方法】
选用广西太阳纸业提供的40-60目竹粉，通过碱处理-DES分步处理，采用Klason法测定组分，乌氏粘度计测DP值。

【结果与讨论】
碱处理阶段：6%NaOH浓度实现半纤维素去除率(57.21%)与纤维素得率(66.37%)的最佳平衡，电镜显示原料致密结构明显疏松。
DES处理阶段：110°C反应50分钟时，木质素脱除率达89.24%，所得纤维素α-含量82.15%，GPC显示木质素多分散指数(PDI)仅1.32，显著优于传统工艺。

【结论】
该研究开创性地将碱处理"破壁"优势与DES"精准拆解"特性相结合：
• 能源效率：反应温度较传统工艺降低55°C，时间缩短83%
• 产品增值：纤维素DP值提高3倍，木质素缩合度降低40%
• 工艺兼容：DES可通过减压蒸馏回收，循环使用5次后效率仍保持90%以上
为竹材生物精炼提供了"一石二鸟"的绿色方案，其木质素产品在缓释肥料、碳纤维等领域展现巨大应用潜力。