《Biomass and Bioenergy》：Sustainable separation: organosolv lignin from date palm fronds for harsh hydrocarbon/water emulsions
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椰枣叶提取的器官解木质素作为生物基破乳剂，优化溶剂系统（30%丙酮）后实现柴油/水分离效率达90.33%，适应不同pH、温度和盐度条件，有效回收柴油并减少二次污染，为可持续废水处理提供新途径。
Maged M. Basuliman | Mohammad Nasir Mohamad Ibrahim | M. Hazwan Hussin
材料技术研究小组（MaTReC），马来西亚科学大学化学科学学院，11800，明登，槟城，马来西亚
摘要
工业增长加剧了含有碳氢化合物的废水的排放，这迫切需要可持续的油水分离技术，以减少对合成破乳剂的依赖。本研究介绍了一种从枣椰树叶（DPF）中提取的有机溶剂木质素，作为柴油/水乳液的生物基破乳剂。全面的表征显示，DPF木质素具有富含丁香基、含氧且高度两亲性的结构，能够在碳氢化合物/水界面促进强烈的相互作用。在DMSO–丙酮溶剂体系中配制的木质素破乳剂（LDA）通过瓶试评估进行了优化。最佳效果使用0.75%的木质素和30%的丙酮时获得，分离效率达到90.33%，并且在pH值、温度和盐度变化的情况下仍保持稳定的活性，包括代表海水条件的情况。回收的柴油符合商业密度和热值标准，证实破乳过程在最小化污染的同时保持了燃料质量。这些结果表明，DPF衍生的有机溶剂木质素是一种有效且环保的替代品，可以用于替代商业聚醚基破乳剂，为地区农业废弃物提供了可行的增值途径，同时减少了对石化分离剂的依赖。这项工作首次展示了也门DPF木质素在乳液稳定化方面的应用，并强调了其在油污废水处理和碳氢化合物回收中的潜在应用价值。
引言
随着工业和经济的不断扩张，对化石油的需求显著增加，导致碳氢化合物/水乳液的产生量大幅上升[1]。随着全球石油需求的持续增长，与油污废水相关的问题在未来几年将更加严重[2]。目前，全球约有一半的人口至少在一年中的部分时间面临严重的水资源短缺问题，到2023年，这一比例可能上升至三分之二[3]。这类乳液对人类水资源、生态系统和环境造成重大威胁，并浪费了宝贵的资源。特别是，碳氢化合物废水因其毒性而对地下水和饮用水质量产生负面影响[4]。据估计，每精炼10亿桶原油，大约会产生15亿桶油污废水[5]。根据Ezekwe（2022年）的数据，2006年至2020年3月期间，全国共记录了13,091起石油泄漏事件，导致约692,761桶石油泄漏[6]。另一方面，废弃在也门红海沿岸的Safer油轮上载有110万桶石油，存在发生重大泄漏的风险，威胁到地区生态系统、经济和公共健康[7]。这不仅对人类健康构成威胁，还影响农业生产力，破坏自然景观，并加剧大气污染[8]。因此，改进碳氢化合物/水分离技术至关重要，尤其是对于那些由于热力学稳定性而难以分离的稳定油水乳液。这不仅减少了清洁水的可用性（许多地区本身就缺乏清洁水），还涉及现有分离技术（如化学破乳剂、电凝聚、膜分离、吸附、浮选和生物处理）的局限性，这些方法通常能耗高、成本高、操作复杂且存在二次污染风险[[10], [11], [12], [13], [14], [15]]。
来自木质纤维素的聚合物，如纤维素和木质素，因其生物相容性、可降解性和可再生性而受到越来越多的关注[16]。除了界面特性外，木质纤维素衍生物在现代生物精炼过程中发挥着核心作用：纤维素和半纤维素被转化为燃料和平台化学品（如富含丁醇的溶剂和糠醛），而木质素则作为芳香化合物的可再生来源。此外，最近的集成生物精炼系统展示了高效的生物质分馏技术，同时实现了糠醛的生产、丙酮–丁醇–乙醇发酵以及木质素氢解，产生了大量的单体酚类化合物[17]。机器学习引导的还原催化分馏技术还实现了木质素单体的可扩展生产，并优化了产量[18]。这些进展突显了木质素在工业上的重要性，并支持其在功能性应用（如可持续破乳）中的探索[18]。木质素含有丰富的官能团和可调节的分子构象，影响其在碳氢化合物–水界面上的行为。根据其化学结构和溶解度，木质素既可以促进乳液的形成，也可以促进乳液的不稳定[19]。水溶性或水分散性的木质素衍生物可以降低界面张力并形成空间界面层，这与本研究中使用的有机溶剂木质素（OL）的破乳行为密切相关[20]。最近，基于木质素的高效吸附剂在碳氢化合物净化领域受到了更多关注[21]。这些木质素基吸附剂的所需润湿性取决于具体应用：亲水性吸附剂适用于从富油混合物中捕获水分，而疏水性（吸油）吸附剂则适用于从水系统中去除碳氢化合物。在油水分离中，通常优选疏水性和亲油性材料，因为它们能选择性地吸附油并排斥水[22]。然而，许多传统吸附剂（如泡沫、海绵、气凝胶、活性炭和天然纤维）存在吸附能力低、选择性差和重复使用受限的问题，这促使人们研究更可持续和功能性的木质素基替代品[23]。
探索可持续、环保和可再生的纳米结构材料非常有趣，特别是在许多应用中的实用性方面。特别是基于木质素的材料合成对于理解其增值利用至关重要。枣椰树（Phoenix dactylifera）由于其组成（主要包括半纤维素、纤维素和相对较高的灰分及提取物）而在各种生物质应用中具有巨大潜力[24]。此外，其木质素含量适中，介于15%到26%之间[[25], [26], [27]]。本研究提出了一种利用也门当地丰富的但未充分利用的枣椰树叶木质素作为柴油和水分离的可持续破乳剂的新方法。这是首次报道使用也门枣椰树木质素来破坏碳氢化合物污染系统中的乳液，具有环境和经济效益。该工作为将地区农业废弃物转化为高价值材料以用于工业废水处理提供了基本策略。
材料与方法
原材料枣椰树叶（Phoenix dactylifera L.）于2024年8月从也门哈德拉穆特地区采集，见图1(A)。仅使用了叶子的木质中脉部分，排除了叶子和外部纤维鞘，以确保成分的一致性。收集的材料用蒸馏水清洗以去除灰尘和杂质，切碎成小块后晒干5天。干燥后的生物质使用Willy研磨机研磨至1–3毫米大小，然后
原始生物质的近似分析和化学组成
原始枣椰树叶（DPF）的结构组成通过TAPPI T203 cm-74实验室分析程序（LAP）进行测定。生物质分析包括水分、灰分、提取物、半纤维素、纤维素和Klason木质素，结果见表1。这些结果与先前报道的Phoenix dactylifera残渣的组成一致，证实了DPF作为木质纤维素原料用于木质素回收的适用性。
木质素提取产量
获得的有机溶剂木质素产量
结论
本研究证实，从枣椰树叶中提取的有机溶剂木质素是一种可行、高性能且环保的柴油/水分离破乳剂。详细的结构分析（FTIR、NMR、TEM、TGA、DSC和CHN）显示，提取的木质素具有富含丁香基、含氧的结构，丰富的羟基和羰基官能团，以及纳米级的球形形态特征，这些共同增强了其溶解性、界面活性和两亲性
CRediT作者贡献声明
Maged M. Basuliman：撰写——初稿、方法论、研究、数据管理、概念化。Mohamad Nasir Mohamad Ibrahim：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供、研究。M. Hazwan Hussin：撰写——审稿与编辑、监督、研究、形式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢马来西亚科学大学通过USM Research University Incentive（RUI）项目提供的财政支持：R502/KR/ARU001/0000000986/K134。Maged Basuliman还感谢马来西亚高等教育部（MOHE）提供的奖学金。
