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西南科大：利用麦秸中纤维素和木质素制备具有可调机械和光学性能的全生物质材料

文章来源：新能源网更新时间：2025-06-25 15:34:40

在日益严峻的环境问题与化石资源枯竭的背景下，木质纤维素生物质因其可再生性、经济性和可持续性受到广泛关注。作为重要粮食作物，小麦秸秆是木质纤维素最丰富的来源之一。但大量秸秆被直接焚烧，不仅造成纤维资源浪费，更导致生态环境污染。通过高效分离小麦秸秆三大组分（纤维素、半纤维素和木质素）并将其转化为高值化学品或功能材料，可显著提升废弃生物质价值。然而，木质纤维素固有的结构抗性严重阻碍了其组分分离与高值化利用。目前发展的物理法、有机溶剂法和水热法等分离技术，普遍存在有害试剂使用、高能耗或高成本等问题，且部分工艺因半纤维素或木质素降解导致分离效率低下。尤其是结构复杂多变的木质素，其性质高度依赖提取方法，至今尚未实现高值化利用的重大突破。这迫切要求开发绿色高效的废弃生物质组分分离与利用新工艺。

低共熔溶剂（DES）凭借对木质素的选择性溶解优势，成为替代离子液体的新型生物质分离介质。其由氢键受体（HBA）与氢键供体（HBD）通过氢键或范德华力作用形成均相透明液体，熔点显著低于单一组分。DES的突出优势在于其可调节的理化性质，能满足不同应用场景需求。在众多DES体系中，羧酸类DES对木质素的提取效果尤为显著，其中胆碱（ChCl）-乳酸（LA）体系因优异的木质素溶解性能被公认为最有效的DES之一。例如，ChCl-LA在60°C条件下可溶解11.82 wt%木质素，同时保持纤维素结构完整；采用该体系对硬木和软木的木质素提取率分别达78.5%和58.2%。然而，现有研究多聚焦于工艺优化，对分离后纤维素纤维与再生木质素的结构表征及其高值化利用关注不足。

值得关注的是，DES处理富集的纤维素仍保留本征特性，这为微纳米纤维素材料制备奠定了基础，使其在纳米材料、酒精传感、柔性体温管理等领域具有应用潜力。而DES提取的木质素具有低缩合度、丰富羟基、优异热稳定性和机械性能等优势，可转化为碳纤维、胶粘剂等功能材料，推动生物质循环经济。但木质素固有的结构复杂性导致再生衍生物性能不均一，制约其工业化应用。目前，关于DES木质素与纤维素固相组分复合材料的结构-应用关系研究仍属空白，且DES回收体系尚未完善，高昂的处理成本阻碍了规?；τ谩?/span>

西南科技大学Binshen Wang团队创新性地开发了木质素-DES溶液直接制备全生物质基材料的新策略，规避了传统方法中木质素再生与溶剂回收步骤。DES通过与纤维素和木质素形成氢键网络，同步破坏纤维素分子内/间氢键，实现了基于氢键解构-重组机制的全生物质材料构建。进一步通过DES再生成功分离微纳米纤维素与木质素，将其与酚醛基质复合显著提升了生物质膜材料的紫外吸收性能。该研究不仅实现了DES-木质素-纤维素的协同高值化，更为先进材料设计提供了新范式，为开发高性能全生物质基复合材料奠定基础。

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