基于曼尼希反应的生物质预处理技术联产含氮化合物、碳点及多孔碳材料研究

本研究创新性地采用丙酮/碳酸铵((NH4)2CO3)协同水热预处理技术，实现了茶籽壳生物质组分的高效分离与氮掺杂。通过曼尼希反应(Mannich reaction)成功合成含氮量达6.17%的再生产物，热解生物油中三环含氮化合物相对含量达24.82%。纤维素残渣制备的多孔碳在1A/g电流密度下比电容达338.31F/g，水热液提取的碳点(CDs)呈现CIE(0.52,0.43)坐标的黄光发射。该研究为生物质全组分高值化利用提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过丙酮/碳酸铵((NH₄)₂CO₃)协同水热预处理技术，实现了茶籽壳生物质"一石三鸟"的高值转化：含氮化合物、荧光碳点(CDs)和多孔碳材料的联产。

Results and discussion

研究发现，在特定预处理温度下，碳酸铵分解产生的氨基能引发丙酮与木质素碎片的聚合反应。酸性环境促使木质素通过曼尼希反应形成含氮再生产物，其氮含量高达6.17%。热解生物油中69.78%为含氮化合物，其中具有药物化学价值的三环含氮化合物占比24.82%。纤维素残渣制备的多孔碳展现出卓越的电化学性能，而水热液提取的CDs在LED封装中呈现(0.52,0.43)CIE坐标的明亮黄光，显色指数(CRI)达83。

Conclusions

该研究开创性地将曼尼希反应引入生物质预处理体系，构建了含氮化学品-功能碳材料的联产技术路线。木质素衍生的氮掺杂产物为药物合成提供了新前体，多孔碳的电容性能媲美商业电极材料，CDs的光学特性则拓展了生物质在光电领域的应用。这种"分级转化-全质利用"策略为生物精炼提供了经济可行的解决方案。