《Chinese Journal of Chemical Engineering》：A Functional Deep Eutectic Solvent Pretreatment for Lignocellulose Valorization
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•在125 o C下，利用功能性DES（ChCl:GA）从麻秆中溶解了86.37%的木质素和63.32%的半纤维素。•功能性DES预处理抑制了木质素缩合，并通过引入羧基对其进行功能化。•通过功能性DES预处理，从麻秆中获得了纸浆和木质素表面活性剂。•提供了完整的DES回收流程
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在125 o C下，利用功能性DES（ChCl:GA）从麻秆中溶解了86.37%的木质素和63.32%的半纤维素。
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功能性DES预处理抑制了木质素缩合，并通过引入羧基对其进行功能化。
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通过功能性DES预处理，从麻秆中获得了纸浆和木质素表面活性剂。
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提供了完整的DES回收流程。
引言
木质纤维素生物质可通过生物炼制方法转化为燃料、化学品和生物基材料[1]、[2]。由于其可再生性、丰富性、易获取性和低成本，木质纤维素生物质被认为是石油基材料的潜在替代品。木质纤维素生物质富含两种碳水化合物聚合物（纤维素或葡聚糖和半纤维素或木聚糖）以及木质素[3]、[4]。半纤维素和纤维素均由糖单omer组成，可通过酶解和预处理转化为可发酵糖或造纸纸浆[5]。木质素是一种三维网络聚合物复合物，包裹着纤维素和半纤维素并阻碍其降解。由于木质纤维素生物质中木质素、纤维素和半纤维素形成的复杂基质，预处理技术对于分解木质纤维素基质的抗降解结构至关重要[6]。有效的预处理对于后续过程中三大组分的有效分离和综合利用至关重要[7]。
麻类纤维作物是中国重要的农作物之一。根据国家统计局的数据，2021年麻类纤维作物产量达到24.9万吨。剑麻作为一种麻类纤维作物，由韧皮部和木质部组成。韧皮部由于其高含量的细长纤维和强机械强度而广泛应用于纺织行业，而木质部则常被废弃或燃烧以满足能源需求[8]、[9]、[10]。探索一种高效策略以实现剑麻增值对于其综合利用至关重要。
已有多种预处理技术被提出，包括使用稀酸[11]、碱[12]、有机溶剂[13]、离子液体[8]、等。在这些技术中，DES预处理由于其有利的物理化学性质，如蒸气压可忽略不计、可回收性和非毒性，尤为引人注目，使其成为传统有机溶剂的合适替代品[14]。DES可轻松利用各种氢键供体（HBDs）和氢键受体（HBAs）制备。常见的HBDs包括尿素、多元醇、糖类以及羧酸，而常见的HBAs包括季铵盐（例如，氯化胆碱（ChCl）、甜菜碱）和无机盐[15]、[16]、[17]。鉴于这种模块化设计，添加其他功能性HBDs和HBAs可将DES转变为功能化溶剂，例如生物炼制过程中高度需要的"木质素稳定功能"。Liu 等提出了一种廉价且基于生物质的三元DES体系，由作为HBA的ChCl、草酸（OA）以及各种量的二醇作为HBDs组成[18]、[19]。通过精心选择DES组分的类型和相对比例，可以调节木质素β-O-4模型化合物的反应性，以实现键的断裂/稳定或选择性衍生化/保护[18]、[20]、[21]。然而，真正的"定制"DES体系应包含催化、稳定和功能性能力，以获得非缩合木质素结构，适用于选择性解聚或获得具有其他官能团的木质素产品[22]、[23]。在之前的研究中，酸性二氧六环溶剂被用于生物质预处理，在预处理过程中向溶剂体系中加入乙醛酸（GA）。GA的加入阻碍了木质素缩合，同时将羧基引入木质素分子，获得一种用于制备乳液的功能性木质素表面活性剂。由于GA具有可作为HBD的羧基，预期可以与作为HBA的氯化胆碱混合，制备一种新的用于木质纤维素生物质预处理的功能化DES[24]。
本研究利用ChCl和GA制备了一种新的功能化DES。将ChCl:GA DES直接应用于处理麻秆木片。利用分子动力学模拟研究了ChCl:GA DES与木质素之间的相互作用，以阐明预处理过程中木质素的溶解机理。所获得的纸浆用于造纸。还探讨了利用这种功能化木质素作为表面活性剂制备乳液的可能性。此外，还考察了DES的回收和再利用。本研究的创新之处在于，在ChCl:GA DES预处理溶解过程中，GA稳定了麻秆中的木质素，防止其缩合，并在其分子骨架上引入羧基，获得功能性木质素（GSL）。因此，本研究提供了一种简便的木质素提取和改性方法，避免了传统木质素提取和改性方法的缺点，如工艺复杂和成本高。此外，本研究还为木质纤维素生物质组分的分离和综合利用提供了途径。
章节摘要
材料
GA、ChCl、氘代二甲基亚砜（DMSO-d6）和无水乙醇（EtOH）购自麦克林生化公司（中国上海）。麻秆由济南沃莱特工业科技有限公司（中国简）提供。将其粉碎和筛分以获得尺寸为1 cm × 2 cm的木片，用于后续预处理。
预处理
将GA和ChCl按不同摩尔比混合。然后，将3 g干燥麻秆木片和40 g DES溶液加入压力容器中。混合物
预处理
预处理过程如图1(a)所示。麻秆木片与DES的混合物在不同温度下反应。预处理后，进行固液分离以获得富含纤维的固体和富含木质素的水解液。对富含纤维的固体进行短时超声处理以获得纤维。富含木质素的液体通过反溶剂稀释以沉淀木质素。剩余的DES被回收以进一步再利用。在麻秆纤维和木质素所获得的
结论
本研究使用含有ChCl和GA的功能性DES预处理麻秆木片以实现增值利用。在125 °C下，移除了86.37%的木质素和63.32%的半纤维素。此外，GA不仅抑制了木质素缩合，还成功地将羧基引入木质素分子中，获得GSL。MD模拟结果表明，DES与木质素之间的高总相互作用能和强氢键促进了木质素的溶解。此外，所获得的纸浆
CRediT作者贡献声明
吕美艳：撰写——初稿，形式分析，数据整理。陶馥蓉：验证，获取资金，形式分析。张震：撰写——初稿，软件，形式分析。姬海蕊：撰写——审阅与编辑，验证，监督
利益声明
作者声明他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争财务利益或个人关系。
竞争利益
所有作者保证他们与本文讨论的主题或材料的任何组织或实体没有隶属关系或参与，且不存在任何利益或非财务利益。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（32271800, 22405145）、QUTJBZ项目（2024ZDZX01）和国家重点实验室建设重大科研项目（2025ZDGZ02）的支持。
吕美艳|张震|陶馥蓉|姬海蕊
