表面活性剂辅助离子液体分馏云杉获得低分子量低缩合度木质素及其应用潜力

为解决木质纤维素生物质分馏过程中木质素缩合度高、分子量大等问题，研究人员开展表面活性剂辅助离子液体(IL)分馏云杉木屑的研究。通过添加阴离子表面活性剂LAS，在[DMBA][HSO4]-H2O体系中实现更快速脱木质素（反应时间缩短50%），获得分子量更低（20,000-171,000 g/mol）、缩合度更低（C/H比降低15%）的木质素，其浅色特性适用于涂料、化妆品等应用。该研究为生物精炼提供了改进的木质素提取方法。

　　

木质纤维素生物质作为可再生资源，其高效利用对减少化石原料依赖至关重要。然而，软木类生物质（如云杉）因含有高含量且易缩合的木质素而难以处理。传统离子液体(Ionic Liquid, IL)分馏方法存在木质素过度缩合、分子量过大等问题，影响其在材料领域的应用价值。这促使帝国理工学院团队探索表面活性剂辅助的改进方案。

研究采用[DMBA][HSO₄]离子液体体系，通过临界胶束浓度(CMC)测定、¹H NMR稳定性实验筛选出适合的线性烷基苯磺酸盐(LAS)表面活性剂。利用GPC、HSQC NMR等技术分析木质素特性，结合显微成像和色度学评估物理性质。

表面活性剂稳定性与聚集行为研究发现，LAS在[DMBA][HSO₄]_80%体系中的CMC为1168 ppm，且150°C下保持稳定，而十二烷基硫酸钠(SDS)会水解失效。分馏性能实验显示，2-4 wt% LAS可缩短50%反应时间（150°C下45分钟→30分钟），提高纤维素回收率至87.6%，同时木质素得率达12.1 wt%。

木质素表征结果揭示：GPC显示分子量分布为20,000-171,000 g/mol，HSQC NMR证实LAS保护β-O-4等键免受断裂，使缩合度降低（G₂/G_2,cond比值提高）。元素分析显示C/H比从85.4%降至70.1%，证实缩合减少。色度分析表明LAS使木质素颜色变浅（L*值提高），显微观察发现颗粒更圆整。

机制研究表明，LAS主要通过疏水相互作用形成胶束包裹木质素低聚物，减少其与酸性介质的接触。虽然检测到微量木质素-LAS缩合产物（HSQC中δ 126/7.2 ppm新峰），但主要仍为物理结合。

该研究证实LAS辅助离子液体分馏可高效获得低缩合度木质素，为生物精炼提供新思路。其意义在于：操作时间缩短降低能耗；浅色低缩合木质素拓展了高值化应用场景；为表面活性剂在生物质处理中的作用机制提供新见解。未来需研究溶剂回收和长期稳定性，以推动该技术产业化。论文发表于《Industrial Crops and Products》，体现了在生物基材料领域的创新突破。