纖維素制取乙二醇技術(shù)：為生物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供新途徑

夏　爽

中科院大連化物所所長張濤研究員所在的研究組與美國特拉華大學(xué)教授陳經(jīng)廣合作完成的研究成果《鎳促進(jìn)的碳化鎢催化劑催化轉(zhuǎn)化纖維素制取乙二醇的研究》發(fā)表在近期出版的《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上，并被選為該期封面文章。日前，筆者從大連物化所獲悉，此項(xiàng)成果已經(jīng)申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，陳經(jīng)廣教授的身份為大連化物所的客座教授，知識(shí)產(chǎn)權(quán)完全為大連化物所所有。

纖維素是自然界中最豐富的生物質(zhì)資源，它不可食用，其大量使用不會(huì)帶來糧食供應(yīng)方面的負(fù)面影響。因此，纖維素的轉(zhuǎn)化和利用被認(rèn)為是發(fā)展可持續(xù)能源的一條有效途徑。然而，纖維素同時(shí)也是最難水解的生物質(zhì)。傳統(tǒng)上采用液體酸、堿或酶的方法首先將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖，然后再將葡萄糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他的能源或有機(jī)化學(xué)品，工藝路線長，且對(duì)環(huán)境有一定污染。近年來，國際學(xué)術(shù)界開始嘗試在貴金屬的催化作用下將纖維素一步轉(zhuǎn)化為六元醇的綠色轉(zhuǎn)化路線，但由于該反應(yīng)路線選擇性低，昂貴的貴金屬價(jià)格更是大大限制了該路線的工業(yè)化應(yīng)用。

大連化物所研究人員利用碳化鎢在涉氫反應(yīng)中的類貴金屬性質(zhì)，首次嘗試將廉價(jià)的碳化鎢催化劑應(yīng)用于纖維素的催化轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)活性炭擔(dān)載的碳化鎢催化劑不僅能像貴金屬催化劑一樣，將纖維素全部轉(zhuǎn)化為多元醇，而且對(duì)乙二醇的生成表現(xiàn)出獨(dú)特的選擇性，尤其是在少量鎳的促進(jìn)下，乙二醇的吸收率高達(dá)61％。

此項(xiàng)目相關(guān)人員還介紹說，鎳促進(jìn)的碳化鎢催化劑催化轉(zhuǎn)化纖維素制取乙二醇中所使用的纖維素是商業(yè)化的產(chǎn)品，純度很高。而實(shí)際原料中，例如農(nóng)作物秸稈，還含有其他組分，包括木質(zhì)素、半纖維素等。對(duì)于這些多組分原料的利用，此項(xiàng)目研究人員正在積極進(jìn)行研究。目前這項(xiàng)技術(shù)的主要產(chǎn)物還是集中在乙二醇上，乙醇的制備則可能需要不同的催化過程。

乙二醇是生產(chǎn)聚酯、汽車防凍液等最重要的化工原料，現(xiàn)在全球需求量接近2000萬噸，并以每年約5％的速率遞增。傳統(tǒng)上，乙二醇主要通過石油化工路線(乙烯——環(huán)氧乙烷——乙二醇)生產(chǎn)。隨著石油資源的日益枯竭，利用可再生資源生產(chǎn)乙二醇將是未來的發(fā)展方向。張濤等人的工作為生物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供了一條新的途徑。

此技術(shù)目前的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果比較良好，項(xiàng)目組研究人員表示，有信心在不遠(yuǎn)的將來將反應(yīng)過程的各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)接近或達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。另一方面，與其他任何一個(gè)反應(yīng)過程的工業(yè)化過程一樣，這期間還有很多大量的工作去做，很多工程技術(shù)上的問題需要解決。這就需要大連化物所與國內(nèi)外企業(yè)界進(jìn)行通力協(xié)作，共同努力，才可能盡快地將這一反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室推向產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)知識(shí)向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)變。目前，已經(jīng)有國際上一些大的跨國公司與此項(xiàng)目進(jìn)行接觸，探討合作的可能。相關(guān)人士表示，“通過合作，一方面能夠發(fā)揮大連化物所科研力量雄厚的技術(shù)優(yōu)勢，不斷攻克技術(shù)上的難題，為工業(yè)化提供根本的保障。另一方面，借助于企業(yè)界良好的技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程由小試、中試最后到工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)，打通工業(yè)生產(chǎn)路線?！卑l(fā)揮企業(yè)界在原材料、生產(chǎn)工藝、工程技術(shù)、客戶網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)推廣等方面的優(yōu)勢，使這一技術(shù)真正成熟并走向應(yīng)用。