木質(zhì)纖維素生物質(zhì)煉制和多級(jí)資源化利用技術(shù)

文甲龍，袁同琦，孫潤(rùn)倉(cāng)

北京林業(yè)大學(xué)林木生物質(zhì)化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)煉制和多級(jí)資源化利用技術(shù)

文甲龍，袁同琦，孫潤(rùn)倉(cāng)

北京林業(yè)大學(xué)林木生物質(zhì)化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

孫潤(rùn)倉(cāng)，教授，博士生導(dǎo)師，1996年獲英國(guó)威爾士大學(xué)博士學(xué)位，國(guó)家杰出青年基金獲得者，“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授，“973”首席科學(xué)家。30多年來，一直從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為新材料、新能源及化學(xué)品方面的研究。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄論文690篇，主編英文專著1部，參與編寫英文專著30部和英國(guó)科學(xué)分離百科全書1部。授權(quán)發(fā)明專利77件。第六、七屆國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)輕工技術(shù)與工程學(xué)科評(píng)議組成員，第七屆教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)化學(xué)化工學(xué)部委員，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士（Fellow），4種國(guó)外SCI期刊執(zhí)行主編和副主編， 2種國(guó)外SCI期刊編委。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)工程院第十一屆光華工程科技獎(jiǎng)獲得者。E-mail: rcsun3@bjfu.edu.cn

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)高值化利用的主要途徑是當(dāng)前的生物質(zhì)煉制及多級(jí)資源化利用模式，即生物質(zhì)各組分分別轉(zhuǎn)化為材料或化學(xué)品，最終實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)組分的高值化利用。概述了當(dāng)前生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為材料和化學(xué)品的主要思路，即基于“生物質(zhì)原始結(jié)構(gòu)解譯-組分選擇分離-分離組分的結(jié)構(gòu)解析及高值轉(zhuǎn)化”的模式，該模式對(duì)于木質(zhì)纖維素資源高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。

木質(zhì)纖維素；分離純化；結(jié)構(gòu)解析；材料和化學(xué)品

我國(guó)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源豐富，僅秸稈生物質(zhì)年產(chǎn)量就超過7億噸，是造紙、化工、紡織和生物能源等工業(yè)領(lǐng)域的主要原材料。同時(shí)，我國(guó)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)產(chǎn)品消耗量巨大，需求量仍在急劇增長(zhǎng)。我國(guó)紙和紙板、人造板產(chǎn)量均居世界第一，但木質(zhì)纖維素生物質(zhì)長(zhǎng)期處于單一組分資源化利用狀態(tài)，導(dǎo)致其他組分在加工過程中被破壞、丟棄，造成生物質(zhì)資源巨大浪費(fèi)。如傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)主要利用纖維素，而半纖維素和木質(zhì)素在制漿過程中卻未能實(shí)現(xiàn)其高值化利用。再如纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)也僅僅利用纖維素，產(chǎn)生了大量的發(fā)酵殘?jiān)?，殘?jiān)闹饕煞质悄举|(zhì)素。我國(guó)每年木質(zhì)素產(chǎn)量超過1100萬噸，但有效利用率不到20%。傳統(tǒng)生物質(zhì)單一組分直接轉(zhuǎn)化利用技術(shù)存在一定的弊病，包括資源嚴(yán)重浪費(fèi)、產(chǎn)品附加值低、環(huán)境污染大等。隨著化石資源的日益減少，作為解決未來能源以及材料和化學(xué)品短缺的重要途徑，生物質(zhì)精煉技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外研究者的極大關(guān)注與重視。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)精煉技術(shù)的不斷發(fā)展是對(duì)傳統(tǒng)林產(chǎn)品加工及制漿造紙產(chǎn)業(yè)的變革與創(chuàng)新，同時(shí)對(duì)新興的生物質(zhì)材料和化學(xué)品產(chǎn)業(yè)具有直接的推動(dòng)作用。

1 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)和生物質(zhì)煉制

眾所周知，木質(zhì)纖維素原料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成，三者占到總細(xì)胞壁含量的90%以上（圖1）[1]，其中纖維素是由葡萄糖以β-1-4糖苷鍵聚合而成的線性聚合物，分子內(nèi)及分子間具有很強(qiáng)的氫鍵作用力，且具有一定的結(jié)晶度；半纖維素是由木糖及其他糖基聚合而成的具有一定分支度的多糖聚合物；木質(zhì)素則是由苯丙烷基單元通過自由基聚合反應(yīng)合成的芳環(huán)聚合物，以化學(xué)鍵（酯鍵和醚鍵）與半纖維素結(jié)合在一起，其基本成分（紫丁香基、愈創(chuàng)木基和對(duì)羥基苯基單元）通過自由基偶合反應(yīng)形成不同的連接方式（芳基醚鍵和碳碳鍵），其結(jié)構(gòu)在細(xì)胞壁組分中最為復(fù)雜。目前，生物質(zhì)高值化利用的有效途徑是當(dāng)前的生物質(zhì)煉制模式，即生物質(zhì)單一組分分別轉(zhuǎn)化為材料或化學(xué)品，最終實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)全組分的高值化利用。如能將生物質(zhì)各組分全部利用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。生物質(zhì)煉制工程是一種以木質(zhì)纖維素可再生資源為主要原料，通過各種物理和化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法，綜合利用原料各組分和中間產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)以煉制生產(chǎn)液體燃料與大宗化工產(chǎn)品為目標(biāo)的新型工業(yè)模式，是建立新型生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)最有希望的技術(shù)路線（圖2）[2-3]。美國(guó)、歐盟等已投入巨資進(jìn)行大規(guī)模戰(zhàn)略技術(shù)開發(fā)[2-3]。實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)煉制的前提是在保持原料中大分子物質(zhì)原有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從原料組成和結(jié)構(gòu)的差異性出發(fā)，建立選擇性組分拆分方法以獲得高純度的各組分。

2 基 于生物質(zhì)煉制的生物質(zhì)組分分離技術(shù)

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高值化材料、能源和化學(xué)品的關(guān)鍵是組分分離和分離組分的高值轉(zhuǎn)化。組分分離是首要和必要的，根據(jù)原料的結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)組分分離和轉(zhuǎn)化為高值化材料的新方法和途徑。然而，目前工業(yè)分離技術(shù)尚不能經(jīng)濟(jì)高效地將生物質(zhì)三大主要組分以分子結(jié)構(gòu)較完整的形式分離出來，在分離提取一種組分時(shí)（如纖維素），其他組分（木質(zhì)素和半纖維素）結(jié)構(gòu)遭到較為嚴(yán)重的破壞，得到的半纖維素和木質(zhì)素組分結(jié)構(gòu)改變，化學(xué)或生物反應(yīng)活性較低，導(dǎo)致后續(xù)利用較為困難；此外，分離過程中能耗較高、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重也是制約生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的另一個(gè)重要因素。國(guó)內(nèi)外研究表明，要解決生物質(zhì)組分高效分離這一難點(diǎn)，不能只停留在工藝技術(shù)摸索上，必須以原料的差異性和原料細(xì)胞壁組分原始結(jié)構(gòu)研究作為切入點(diǎn)，針對(duì)性地提出組分分離新方法和途徑。多年來，筆者研究團(tuán)隊(duì)一直致力于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組分化學(xué)成分和原始結(jié)構(gòu)特性解譯、生物質(zhì)預(yù)處理化學(xué)、組分高效分離、分離組分的結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)性研究以及分離組分的高值化轉(zhuǎn)化利用研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的全組分的生物質(zhì)煉制過程。眾多研究表明，這種生物質(zhì)全組分利用的新模式，即“生物質(zhì)原始結(jié)構(gòu)解譯-組分選擇分離-分離組分的結(jié)構(gòu)解析及高值轉(zhuǎn)化”的模式對(duì)于木質(zhì)纖維素資源高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 植物細(xì)胞壁及木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的化學(xué)成分[1]

圖2 未來的木質(zhì)纖維素原料的生物質(zhì)煉制模式[3]

傳統(tǒng)的制漿造紙產(chǎn)業(yè)是生物質(zhì)煉制的初級(jí)階段，而木質(zhì)纖維素生物質(zhì)煉制則是對(duì)目前制漿造紙和燃料乙醇等行業(yè)的綜合利用技術(shù)的升級(jí)和深化。從工業(yè)化的角度來看，未來的生物質(zhì)精煉應(yīng)該基于傳統(tǒng)制漿造紙平臺(tái)或者生產(chǎn)纖維素乙醇的工業(yè)平臺(tái)，即生物質(zhì)組分先高效分離再進(jìn)行轉(zhuǎn)化的模式，這種生物質(zhì)煉制方式可以和當(dāng)前的生物質(zhì)利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，纖維素基材料和化學(xué)品依然是生物質(zhì)煉制的主要產(chǎn)品，如溶解漿、紙張、功能紙、納米纖維素、微晶纖維素、功能化纖維素和纖維乙醇。如相關(guān)企業(yè)已經(jīng)采用水熱預(yù)處理技術(shù)集成硫酸鹽法制漿技術(shù)聯(lián)產(chǎn)半纖維素和低聚糖（取決于前期的水熱處理強(qiáng)度）、硫酸鹽木質(zhì)素和溶解漿。在此過程中，分別得到半纖維素及其降解物（低聚糖）、硫酸鹽木質(zhì)素和纖維素。同時(shí)，對(duì)于農(nóng)業(yè)秸稈等草類原料，基于目前以低聚糖為主要產(chǎn)品的工藝路線，則可以將水熱預(yù)處理和稀堿預(yù)處理相結(jié)合，聯(lián)產(chǎn)低聚木糖、高純且結(jié)構(gòu)較為完整的稀堿木質(zhì)素和粗纖維素。粗纖維素可以通過進(jìn)一步酶解糖化發(fā)酵制備纖維素乙醇。目前，木質(zhì)素的主要來源是以木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)其他主要產(chǎn)品時(shí)的副產(chǎn)物，如制漿工業(yè)的黑液木質(zhì)素和纖維素乙醇工業(yè)的酶解發(fā)酵殘?jiān)?。此外，基于脫木質(zhì)素的預(yù)處理過程也會(huì)產(chǎn)生一部分的木質(zhì)素。因此，木質(zhì)素的選擇性分離、純化和均化、分子活化及其高值化轉(zhuǎn)化利用是木質(zhì)素領(lǐng)域當(dāng)前的重要研究方向。一般來講，不同原料、不同預(yù)處理技術(shù)和木質(zhì)素選擇性分離方法，最終會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素結(jié)構(gòu)差異性較大，這將對(duì)木質(zhì)素作為起始原料開發(fā)材料和化學(xué)品具有不同的影響。

2.1 木質(zhì)素的分離純化

基于上述考慮，目前生物質(zhì)煉制木質(zhì)素（非制漿工業(yè)木質(zhì)素）的高效分離和利用取決于以下幾個(gè)研究方面。①植物細(xì)胞壁中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)解譯，可為速生林木生物質(zhì)的高效培育和生物質(zhì)選擇性組分分離方法的開發(fā)提供理論依據(jù)，尤其是我國(guó)大宗的生物質(zhì)原料，如小麥秸稈、稻草秸稈、玉米秸稈、毛竹、慈竹、毛白楊、桉樹、能源植物等速生原料（圖3）。②基于生物質(zhì)煉制的預(yù)處理過程中的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)表征和結(jié)構(gòu)變化機(jī)理研究。上述的兩個(gè)研究方向，已在筆者研究團(tuán)隊(duì)的一篇綜述文章中進(jìn)行了詳細(xì)的介紹[4]。③木質(zhì)素高效分離技術(shù)，盡量采用較為溫和的處理?xiàng)l件將木質(zhì)素組分分離出來（對(duì)于草類原料可用稀堿處理或堿性過氧化氫處理），分離過程中盡量避免木質(zhì)素自身的縮合反應(yīng)，提取成本要較為低廉，操作方便。④采 用工業(yè)膜分離技術(shù)對(duì)木質(zhì)素組分進(jìn)行純化和均化。⑤通過雙相體系或者催化體系將木質(zhì)素片段從原料中解聚或者解離出來，用于進(jìn)一步制備芳環(huán)化合物、酚醛樹脂膠和聚氨酯發(fā)泡材料等。⑥工業(yè)木質(zhì)素的分級(jí)純化技術(shù)，包括膜分離、沉淀分級(jí)和溶解分級(jí)等技術(shù)[5]。

圖3 毛白楊的原本木質(zhì)素的二維核磁圖譜及其鑒定的結(jié)構(gòu)單元A—β-O-4醚鍵結(jié)構(gòu)，γ位為羥基；A’—β-O-4醚鍵結(jié)構(gòu)，γ位為酯化的對(duì)羥基苯甲酸；B—樹脂醇結(jié)構(gòu)，由β-β、α-O-γ和γ-O-α聯(lián)接而成；C—苯基香豆?jié)M結(jié)構(gòu)，由β-5和α-O-4聯(lián)接而成；D—螺環(huán)二烯酮；F—α-氧化的β-O-4；I—對(duì)羥基肉桂醇單元；J—羥基肉桂醛端基；PB—對(duì)羥基苯甲酯；H—對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)；G—愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)；G’—氧化的愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)；S—紫丁香基結(jié)構(gòu)；S’—氧化紫丁香基結(jié)構(gòu)；PhGlc—苯基糖苷鍵；Est—γ-酯鍵；BE—芐基醚鍵

2.2 半纖維素的組分分離純化

相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素，半纖維素是一種非均一性多糖，目前對(duì)于半纖維素分離技術(shù)的研究主要集中在以下方面。①主要采用水熱體系和稀酸預(yù)處理體系，將半纖維素以低聚糖的形式和高聚物形式分離出來，用于進(jìn)一步處理制備高品質(zhì)低聚糖、木糖醇和其他產(chǎn)物。②采用堿介質(zhì)分離體系，將半纖維素以分子結(jié)構(gòu)較為完整的形式從木質(zhì)纖維素中分離出來，得到分子量較大、分子量較為均一的半纖維素高分子，可以用于半纖維素各類衍生材料的制備。③采用工業(yè)膜分離的方法對(duì)半纖維素進(jìn)行分級(jí)、均化和純化。④采用梯度分離方法（如不同濃度的硫酸銨溶液、不同濃度的乙醇溶液、不同濃度的碘-碘化鉀溶液）對(duì)半纖維素進(jìn)行純化和分級(jí)，得到含有側(cè)鏈和不含側(cè)鏈的木聚糖類半纖維素[6]。

3 基于生物質(zhì)煉制的生物質(zhì)組分高值化利用

生物質(zhì)煉制過程中的組分分離是生物質(zhì)高值化的基礎(chǔ)，而組分高值化利用則是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈延伸和發(fā)展的關(guān)鍵，只有下游產(chǎn)品具有一定的市場(chǎng)前景和活力，才能推動(dòng)整個(gè)生物質(zhì)煉制行業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。

3.1 半纖維素的高值化研究

眾多的研究報(bào)道表明，半纖維素及其功能衍生物可廣泛用于造紙、食品、洗滌劑和制藥等工業(yè)領(lǐng)域。在造紙工業(yè)，半纖維素衍生物可以用作紙張?zhí)砑觿?，以增加紙張?qiáng)度并改善漂白效果。在食品工業(yè)，半纖維素可用作食品膠、增稠劑、黏合劑、環(huán)保食品包裝膜等。在生物制藥行業(yè)，半纖維素可以用來生產(chǎn)新型藥物，這些藥物具有增強(qiáng)免疫能力、抑制惡性腫瘤或抗凝血能力[7]。此外，在新型的生物質(zhì)材料領(lǐng)域，半纖維素也可被用來制作凝膠材料、抗菌材料、催化材料等[7-8]。雖然半纖維素潛在用途眾多，但是其有市場(chǎng)前景的高值化開發(fā)利用尚在探索研究中。

目前，基于結(jié)構(gòu)明確的半纖維素，筆者研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了半纖維素基系列材料。例如，分離的半纖維素主要用來構(gòu)建半纖維素材料或者材料中間體，如各類智能水凝膠、藥物載體、膜材料，這些材料的合成將會(huì)大大拓寬半纖維素的高值化利用途徑及應(yīng)用領(lǐng)域（圖4）[7-8]。目前在半纖維素材料方面開展的工作主要包括以下方面。①構(gòu)建了系列的酯化和醚化半纖維素中間體。②構(gòu)建了半纖維素基系列水凝膠材料（pH、鹽和有機(jī)溶劑三重響應(yīng)的離子型智能水凝膠，溫度敏感、光敏感水凝膠）。③凝膠載體材料，如納米基因載體、疏水藥物載體等。④半纖維素傳感器材料（熒光標(biāo)記納米粒子、磁性納米粒子）。⑤納米顆粒催化劑材料。⑥半纖維素復(fù)合材料（膜材料和納米材料等）。

圖4 半纖維素基材料的構(gòu)建及應(yīng)用領(lǐng)域

3.2 木質(zhì)素的高值化研究

在木質(zhì)素高值化研究領(lǐng)域，目前的研究工作主要涉及到以下幾點(diǎn)。①活化或者改性木質(zhì)素作為材料或材料中間體，如木質(zhì)素基環(huán)保酚醛膠、改性環(huán)氧樹脂膠、改性酚醛膠、碳纖維等[9]。②作為共聚物的組分參與材料的合成，如木質(zhì)素基聚氨酯和水凝膠[10]。③化妝品領(lǐng)域的天然抗氧化劑和抗紫外劑。④木質(zhì)素的定向催化解聚，制備低分子化合物，如香草醛、紫丁香醛以及混合產(chǎn)物的分離和綜合利用途徑；或者采用針葉材的木質(zhì)素直接解聚制備香草醛。⑤木質(zhì)素催化加氫的方式制備苯酚、苯酚衍生物、環(huán)烷類、乙酸等小分子化學(xué)品[11]。⑥采用催化加氫技術(shù)和鏈擴(kuò)增手段將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為生物汽油。⑦木質(zhì)素基新型材料的設(shè)計(jì)及制備，如木質(zhì)素基吸附劑材料、木質(zhì)素基緩控釋肥料、木質(zhì)素-石墨烯共混材料、木質(zhì)素電極材料、木質(zhì)素碳材料和木質(zhì)素表面活性劑等其他基于木質(zhì)素的高值化產(chǎn)品。這個(gè)領(lǐng)域目前發(fā)展較為迅速，相信更多的木質(zhì)素基材料和化學(xué)品會(huì)被大規(guī)模開發(fā)和利用成功，真正實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素資源的高值化利用。

3.3 木質(zhì)素高值化利用的工程化案例

目前，生物質(zhì)煉制研究領(lǐng)域已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)原料的多級(jí)資源化利用，最為成功的案例是筆者研究團(tuán)隊(duì)與山東龍力生物科技股份有限公司合作的玉米芯多級(jí)資源化利用項(xiàng)目。筆者研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了工程化水熱耦合稀堿處理新技術(shù)，即第一步水熱/稀酸預(yù)處理制備低聚糖，第二步稀堿處理分離出高純度木質(zhì)素及纖維素，再分別制備木質(zhì)素環(huán)保酚醛膠及纖維素乙醇。通過新技術(shù)研發(fā)的聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品，顯著提升了半纖維素的轉(zhuǎn)化效率。此外，脫除了吸附在纖維素表面的半纖維素及大部分木質(zhì)素，增加了酶接觸纖維素的可及性，顯著提高了酶水解效率，同時(shí)回收了高純木質(zhì)素，生產(chǎn)噸乙醇的用酶成本降低了35%以上。針對(duì)木質(zhì)素的高值化利用，筆者研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了木質(zhì)素在堿性介質(zhì)中的定位定量高效活化新技術(shù)[8]。在木質(zhì)素定位活化的基礎(chǔ)上，以木質(zhì)素、甲醛、苯酚等為主要原料，采用多步聚合等原理及技術(shù)，率先在國(guó)際上研制出生物質(zhì)木質(zhì)素高強(qiáng)度耐候膠黏劑，攻克了長(zhǎng)期困擾人造板工業(yè)低醛低酚高強(qiáng)度酚醛膠制備的技術(shù)難題，該技術(shù)具有很好的資源和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。下一階段將進(jìn)一步擴(kuò)大原料范圍，以其他農(nóng)林廢棄物如小麥秸稈、玉米秸稈、蔗渣等為主要原料，采用筆者研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新技術(shù)在全國(guó)推廣應(yīng)用，以徹底解決因秸稈焚燒而引起的重度環(huán)境污染及三農(nóng)問題，實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)和大健康產(chǎn)業(yè)的有機(jī)結(jié)合，從而有利于我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 語

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)煉制和多級(jí)資源化利用技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了階段性成果，未來的研究重點(diǎn)是將基礎(chǔ)研究的成果逐漸放大并進(jìn)行相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化推廣。此外，目前的生物質(zhì)多級(jí)資源化利用技術(shù)要以目前的制漿造紙和纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)平臺(tái)為基礎(chǔ)，同時(shí)構(gòu)建半纖維素和木質(zhì)素基材料與化學(xué)品的合成制備平臺(tái)，通過對(duì)下游高附加值產(chǎn)品的開發(fā)和利用來推動(dòng)上游的組分定向高效分離，同時(shí)以上游的分離過程來精準(zhǔn)支撐下游的高附加值產(chǎn)品開發(fā)，真正實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源多級(jí)化利用的良性可持續(xù)發(fā)展。

［說明：孫潤(rùn)倉(cāng)教授以本文內(nèi)容在“第248場(chǎng)中國(guó)工程院科技論壇——中國(guó)食品制造技術(shù)與輕工工程科技高端論壇”做了報(bào)告。］

［1］ FOSTON M，RAGAUSKAS A. Biomass characterization：recent progress in understanding biomass recalcitrance[J]. Industrial Biotechnology，2012，8（4）：191-208.

［2］ 陳洪章，隋文杰. 生物質(zhì)煉制工程科學(xué)問題——生物質(zhì)抗?jié)B流屏障的提出[J]. 生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2015，3：69-76.

［3］ RAGAUSKAS A J，BECKHAM G T，BIDDY M J，et al. Lignin valorization：improving lignin processing in the biorefinery[J]. Science，2014，344（6185）：709-720.

［4］ WEN J L，SUN S L，XUE B L，et al. Recent advances in characterization of lignin polymer by solution-state nuclear magnetic resonance（NMR）methodology[J]. Materials，2013，6（1）：359-391.

［5］ 王冠華，陳洪章. 木質(zhì)素分級(jí)方式及其對(duì)產(chǎn)品性能的影響[J]. 生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2015，5：14-20.

［6］ PENG F，PENG P，XU F，et al. F ractional purification and bioconversion of hemicelluloses[J]. Biotechnology Advances，2012，30（4）：879-903.

［7］ 彭新文. 功能化半纖維素高效合成及其材料應(yīng)用研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)，2012

［8］ 陳巍. 生物質(zhì)基催化劑的制備及其催化性能研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)，2015.

［9］ YANG S，WEN J L，YUAN T Q，et al. Characterization and phenolation of biorefinery technical lignins for lignin-phenolformaldehyde resin adhesive synthesis[J]. RSC Advances，2014，4（101）：57996-58004.

［10］ 薛白亮. 基于木質(zhì)素的聚氨酯材料制備與性能研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2015.

［11］ 沈曉駿，黃攀麗，文甲龍，等. 木質(zhì)素氧化還原解聚研究現(xiàn)狀[J]. 化學(xué)進(jìn)展，2017，29（1）：162-178.

Biorefining and multistage utilization of lignocellulosic biomass

WEN Jialong，YUAN Tongqi，SUN Runcang

Beijing Key Laboratory of Lignocellulosic Chemistry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China

The main route for value-added utilization of lignocellulosic biomass is the current pattern of biorefining and multi-level resource utilization, in which all the individual components of biomass are converted into materials or chemicals, resulting in f nal value-added applications of biomass. This paper summarizes the main route for the conversion of biomass into materials and chemicals. This route is based on the procedures of ‘structural analysis of structural features of native components - selective separation of component - structural analysis of the isolated components and their valueadded applications’, which has an important guiding signif cance for the multistage utilization and value-added applications of lignocellulosic biomass.

lignocellulosic biomass; separation and purif cation; structural analysis; materials and chemicals

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.03.013

文甲龍，博士，講師，主要從事植物纖維化學(xué)及其高值化轉(zhuǎn)化利用研究。E-mail：wenjialonghello@126.com

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31430092和31500486）