矿物酸、亲水有机酸以及ChCl–pTSA二元催化剂对鸡豆（Cajanus cajan）茎秆的有机溶剂萃取分离过程的影响

《Catalysts》：Influence of Mineral Acid, Hydrotropic Organic Acid, and ChCl–pTSA Binary Catalyst on Organosolv Fractionation of Pigeon Pea (Cajanus cajan) Stalk

　　

摘要

木质纤维素生物体的抗性一直是开发综合性生物炼制厂的主要挑战，需要高效且具有选择性的预处理策略。本研究系统地探讨了三种酸性催化剂系统对斑鸠豆（Cajanus cajan）茎秆进行有机溶剂分离（organosolv fractionation）的影响。这些催化剂系统包括硫酸（无机酸）、p-甲苯磺酸（pTSA；亲水性有机酸），以及ChCl:pTSA（摩尔比为1:1）二元催化剂系统。这些催化剂被制备成酸性深共晶溶剂（DES）的前体，并在工作浓度为150 mM的条件下进行实验。所有催化剂系统的脱木素效率（79.33–81.55%）、纤维素保留率（88.45–98.9%）和木聚糖去除率（>95.51%）均相当，表明在等效的名义酸用量下它们对生物质的分解效果相似。然而，在木质素的回收率方面观察到了显著差异：ChCl:pTSA的木质素回收率最高（65.9%），其次是pTSA（62.41%）和硫酸（51.82%）。通过SEM、FTIR、XRD、H NMR和TGA对富含纤维素和木质素的组分进行了结构表征，结果表明这些方法能够有效去除木质素和半纤维素，同时保持纤维素的骨架结构。研究结果表明，催化剂的配方不仅影响名义上的质子负载量，还影响有机溶剂分离的过程。尽管所有催化剂系统都能有效分离斑鸠豆茎秆，但pTSA在脱木素和木质素回收方面的表现较为出色，且无需添加ChCl；尽管其纤维素保留率低于硫酸。ChCl–pTSA体系的木质素回收率数值最高，但这一结果与pTSA之间没有统计学差异。ChCl–pTSA衍生的木质素具有较低的表观分子量，这进一步表明催化剂配方可能影响溶解后木质素的后续反应和回收途径，尽管具体的分子机制尚未明确。