基于低共熔溶剂(DES)的甘蔗渣高效脱木质素工艺：溶剂效能与循环利用研究

为解决木质纤维素生物质预处理成本高、污染大的问题，研究人员采用乳酸(LA)/氯化胆碱(ChCl)低共熔溶剂(DES)对甘蔗渣(SB)进行脱木质素研究。通过Box-Behnken设计优化条件实现81.6%木质素去除率，并首次系统验证DES可循环使用6次且糖化效率稳定，为绿色生物炼制提供新策略。

　　

在全球每年产生约5亿吨甘蔗渣(SB)的背景下，这种富含纤维素的可再生资源却因木质素顽固结构难以高效利用。传统化学法脱木质素存在高污染，而生物法效率低下。泰国孔敬大学技术学院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，创新性地采用乳酸(LA)/氯化胆碱(ChCl)低共熔溶剂(DES)这一绿色溶剂体系，通过多轮优化与验证，成功开发出可循环使用的高效脱木质素工艺。

研究团队运用Box-Behnken实验设计优化关键参数，通过6轮循环实验评估DES稳定性，结合组分分析和还原糖产量测定验证效果。主要技术包括：甘蔗渣粒径控制(1-3.35mm)、DES摩尔比梯度优化、115°C高温反应体系，以及纤维素酶/木聚糖酶协同水解工艺。

研究结果
《Abstract》
在LA:ChCl摩尔比12.68、SB负载量3.26%、115°C处理5.24小时的最优条件下，木质素去除率达81.6±1.7%。DES循环使用6次仍保持稳定的糖化效率，葡萄糖(0.40-0.47g/g-biomass)和木糖(0.09-0.10g/g-biomass)产量无显著下降。

《Introduction》
研究揭示SB含22.2±2.1%木质素是主要利用障碍。相比传统方法，DES兼具离子液体特性和生物降解优势，制备成本仅为传统离子液体的零头。值得注意的是，未经纯化再生的原始DES循环使用数据此前鲜有报道。

《Pretreatment of SB using DES》
二次模型分析显示LA:ChCl摩尔比和温度对木质素去除具有极显著影响(p<0.01)。尽管循环使用会导致木质素去除率逐步降低，但酶解效率保持稳定的现象表明DES可能选择性溶解特定木质素组分。

《Conclusions》
该研究证实LA/ChCl-DES可循环用于SB脱木质素，但溶剂回收仍是产业化瓶颈。研究为开发环境友好型生物质预处理工艺提供了重要数据支撑，其创新点在于首次系统评估未再生DES的多轮使用效果。

这项由泰国国家研究委员会资助的研究，不仅验证了DES在生物质精炼中的实用性，更通过详实的循环实验数据，为绿色化学在工业规模应用提供了关键参数依据。研究团队特别指出，未来需要重点攻克DES回收过程中的能耗与纯度控制问题，才能真正实现该技术的经济可行性。