木質(zhì)素液相催化解聚研究現(xiàn)狀*

劉 振 謝梅竹 趙繪婷 馬 磊 肖進(jìn)彬

（河南省高新技術(shù)實業(yè)有限公司,鄭州 450002）

隨著石化資源日漸枯竭，開發(fā)可再生資源緩解石化資源危機(jī)迫在眉睫?？稍偕Y源中，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源豐富，可部分替代石化資源生產(chǎn)具有高附加值的化學(xué)品[1]。纖維素、木質(zhì)素和半纖維素是木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的三種主要組分[2-3]。纖維素和半纖維素的結(jié)構(gòu)相對簡單，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生物乙醇和其他化學(xué)品[4-8]。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，較難被解聚。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含有豐富的芳香基團(tuán)，是唯一可替代石化資源生產(chǎn)具備高附加值芳香類化學(xué)品的天然化合物[9-11]。木質(zhì)素解聚是其得到有效利用的重要步驟，解聚得到具有高羥基含量、功能性的芳香族低聚物和非芳香族的低分子量物質(zhì)，可進(jìn)一步用于生產(chǎn)多種高附加值化工產(chǎn)品[12-15]。木質(zhì)素液相催化解聚在液相環(huán)境進(jìn)行，反應(yīng)條件較溫和，產(chǎn)物選擇性高，因而受到廣泛關(guān)注。本文在綜述國內(nèi)外木質(zhì)素液相催化解聚研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對其存在問題和解決方法進(jìn)行合理分析，并指出未來發(fā)展方向。

1 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)分析研究

木質(zhì)素是由甲氧基苯丙烷單元組成的三維非晶聚合物，占木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)總重量的15%～30%，總能量的40%。木質(zhì)素中碳氧比超過2 ∶1[16-17]，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。木質(zhì)素具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，難以被解聚為具有高選擇性的單體[18]。目前只有大約2%的工業(yè)木質(zhì)素被用于商業(yè)用途，其余的用作固體燃料。單純利用木質(zhì)素燃燒產(chǎn)生熱量，利用效率較低，并且排放大量溫室氣體。因此，幾十年來利用木質(zhì)素衍生酚類化合物及其他高值化學(xué)品一直是一項重要的工業(yè)和科學(xué)研究。木質(zhì)素分子約有800～900 個碳原子，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中約2/3 的連接鍵為醚鍵，包括β-O-4、α-O-4、4-O-5等，其中β-O-4 連接鍵最多，其分布多數(shù)在40%以上。β-O-4 連接鍵比木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中C—C鍵更易斷裂，它的斷裂是木質(zhì)素解聚為中間化學(xué)品的關(guān)鍵[19-20]。

圖1 一種典型的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)片段Fig.1 Structure of representative lignin fragment

由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，以及連接鍵的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化技術(shù)上的困難，木質(zhì)素高值化利用研究進(jìn)展緩慢，直到最近才取得實質(zhì)性進(jìn)展[21-23]。通過熱化學(xué)或生物化學(xué)的方法可以實現(xiàn)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中β-O-4 鍵的斷裂，從而實現(xiàn)木質(zhì)素的解聚轉(zhuǎn)化。采用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)降解木質(zhì)素主要采用生物酶降解的方式，成本較高，并且產(chǎn)物難分離。目前國內(nèi)外科研工作者研究較多的是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法。木質(zhì)素的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法主要可分為直接燃燒、高溫?zé)峤夂鸵合啻呋饩?。高溫燃燒和高溫?zé)峤鈱δ举|(zhì)素利用率較低，并產(chǎn)生環(huán)境污染。木質(zhì)素液相催化解聚在液相環(huán)境中進(jìn)行，反應(yīng)條件較溫和，方法簡單，易于操作，是具有良好應(yīng)用前景的木質(zhì)素高值利用方法。

2 木質(zhì)素液相催化解聚

木質(zhì)素液相催化解聚是在液相環(huán)境中利用催化劑的活性位點(diǎn)斷裂木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的β-O-4 鍵，從而實現(xiàn)木質(zhì)素的解聚。催化劑在液相環(huán)境中分散性好，催化劑活性位點(diǎn)易接觸到β-O-4 鍵，反應(yīng)充分。相對于燃燒和熱解，木質(zhì)素在液相環(huán)境中的反應(yīng)條件較溫和，產(chǎn)物選擇性較高，主要為高價值的小分子酚類產(chǎn)物，是一種前景較好的木質(zhì)素解聚手段。目前報道的木質(zhì)素在液相中的催化解聚方式主要有酸催化解聚、堿催化解聚、催化氧化解聚與催化氫化解聚。

2.1 酸催化解聚

酸催化劑被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)解聚過程以獲得高附加值化學(xué)品。礦物質(zhì)酸最早被應(yīng)用于木質(zhì)素解聚研究，主要用于催化C—O鍵斷裂。日本京都大學(xué)Ito等[24]開展了一系列關(guān)于木質(zhì)素二聚體模型化合物的酸催化反應(yīng)研究，并提出了可能的C—O鍵斷鍵機(jī)理。指出β-O-4 的斷裂需要強(qiáng)酸催化。傳統(tǒng)的液體礦物質(zhì)酸主要用于催化木質(zhì)素模型化合物的解聚，研究β-O-4 斷裂機(jī)理。液體酸催化木質(zhì)素解聚，產(chǎn)品分離較困難，并且需要對廢酸進(jìn)行回收處理。近幾年科研工作者開發(fā)了對產(chǎn)物選擇性較高、腐蝕性弱、易于分離重復(fù)利用的固體酸催化劑。目前報道的應(yīng)用于木質(zhì)素解聚的固體酸催化劑主要有分子篩類、雜多酸類、金屬氧化物類等。

圖2 酸催化C—O鍵斷裂機(jī)理Fig.2 Mechanism of C—O bond cleavage catalyzed by acid

分子篩具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和可以調(diào)節(jié)的Br?nsted和Lewis酸性位，是一種應(yīng)用廣泛的固體酸催化劑[25]。Kong等[26]以異丙醇作為溶劑，分別采用H-Beta, HZSM-5, MAS-7, MCM-41 和SAPO-11 分子篩負(fù)載Ni—Cu作為催化劑醇解堿木質(zhì)素。結(jié)果表明，Ni—Cu/H-Beta 催化劑有較高的催化活性。在330 ℃下，生物原油和單體收率可分別達(dá)到98.8 wt%、50.8 wt%。研究認(rèn)為，原因在于Ni—Cu/H-Beta有較高的酸性、較大的比表面積和孔體積，以及豐富的孔尺寸。Wang等[27]制備了Ru—M/HY (M= Fe, Ni, Cu, Zn)催化劑，催化加氫脫氧解聚軟木材木質(zhì)素至烷烴。結(jié)果表明，氫離子在Cu表面擴(kuò)散的活化能相對于Fe、Ni和Zn較低，Ru—Cu/HY 催化劑對烷烴有較高的選擇性。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)釕基雙金屬催化劑中過渡金屬可以調(diào)節(jié)釕的氫解活性，防止氫解過度生成氣態(tài)產(chǎn)物。

雜多酸是均相和多相酸催化反應(yīng)的活性催化劑，其酸性比傳統(tǒng)固體酸催化劑酸性強(qiáng)，是一種在催化解聚木質(zhì)素制備高值化學(xué)品方面有潛在價值的固體酸催化劑[28]。Abayneh等[29]研究了堿木質(zhì)素在高溫高壓條件下濕法氧化制羧酸的工藝。分別采用2 種雜多酸H3PW12O40和H3PMo12O40在水熱條件下催化氧化木質(zhì)素。以甲酸、乙酸和琥珀酸為目標(biāo)產(chǎn)物，考察了木質(zhì)素氧化過程中羧酸總收率的影響因素。在所使用的2 種催化劑中，磷鉬酸的效果最好，羧酸的產(chǎn)率和木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到45 %和95 %。Du等[30]以異丙醇為反應(yīng)介質(zhì)，CePW12O40·xH2O為催化劑，在300 ℃條件下解聚木質(zhì)素，木質(zhì)素轉(zhuǎn)化率達(dá)到73.4 %，主要產(chǎn)物為醛類和酚類，收率分別為29.17 %、26.33 %。研究指出木質(zhì)素在高溫催化下C—C鍵、C—O鍵斷裂，產(chǎn)生的單體經(jīng)脫水、脫烷基和去甲氧基化反應(yīng)降解成各種產(chǎn)物。

金屬氧化物中因金屬陽離子和氧離子分別具有 Lewis酸和 Br?nsted酸的性質(zhì)，而頗受關(guān)注[31]。Hita等[32]制備了Al2O3負(fù)載重金屬催化劑Pt/Al2O3、Pd/Al2O3、Rh/Al2O3、Ru/Al2O3。制備的催化劑通過NH3-TPD表征發(fā)現(xiàn)，Pt/Al2O3和 Rh/Al2O3催化劑上較弱的位點(diǎn)（297～367 ℃）占主導(dǎo)，而Pd/Al2O3上較強(qiáng)的位點(diǎn)（420～491 ℃）占主導(dǎo)。在450 ℃、10 MPa H2條件下解聚木質(zhì)素，考察不同負(fù)載金屬對反應(yīng)的影響發(fā)現(xiàn)，解聚產(chǎn)物主要有四類：烷基酚類、芳烴類、含氧化合物和烷烴，其中烷基酚類為主要產(chǎn)物。以Rh/Al2O3為催化劑時，產(chǎn)物總收率最高，為30 wt%。研究認(rèn)為這是金屬Rh和Al2O3協(xié)同作用所致，其總酸度更高，尤其是含有大量的弱酸位。為了去除沉積的固體碳，在550 ℃時對Rh/Al2O3進(jìn)行了氧化處理。催化劑總酸度、比表面、孔體積均有一定程度下降，然而金屬粒度有一定程度增加。XRD結(jié)果表明木質(zhì)素脫水解聚過程中一定比例的γ-Al2O3和α-Al2O3形成了勃姆石態(tài)。其他研究人員也發(fā)現(xiàn)γ-Al2O3在水熱狀態(tài)下穩(wěn)定性不理想，易形成水化勃姆石而導(dǎo)致比表面和Lewis 酸位點(diǎn)降低。

2.2 堿催化解聚

堿催化解聚也是一種重要的木質(zhì)素解聚方式。在水熱條件下，堿能夠奪取木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的活潑氫從而引發(fā)醚鍵的斷裂，導(dǎo)致木質(zhì)素解聚為目標(biāo)產(chǎn)物。Thring等[33-34]對木質(zhì)素及其模型化合物在堿催化劑（NaOH）催化解聚領(lǐng)域做了很多研究。楊木、楓木和樺木木質(zhì)素堿催化解聚研究結(jié)果表明：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和催化劑添加比例對液相產(chǎn)物的產(chǎn)率影響較大。在反應(yīng)溫度較低的條件下，愈創(chuàng)木酚和紫丁香酚為主要催化解聚產(chǎn)物；而隨著反應(yīng)溫度升高，產(chǎn)物則以兒茶酚及其衍生物為主。

堿能夠促進(jìn)木質(zhì)素的解聚，但堿催化解聚為了提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)得率，通常反應(yīng)條件苛刻，需要較高的反應(yīng)溫度。反應(yīng)過程中總是伴隨著不飽和基團(tuán)或碳正離子等活性物質(zhì)的生成。生成的初級降解產(chǎn)物高度不穩(wěn)定，極易發(fā)生嚴(yán)重的縮合反應(yīng)，造成目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率及選擇性降低。緩解木質(zhì)素堿催化過程中的縮聚反應(yīng)是提高目標(biāo)產(chǎn)物得率的重要途徑。Miller等[35]以甲醇和乙醇為反應(yīng)介質(zhì)，分別以CsOH、KOH、NaOH、LiOH、Ca(OH)2、Na2CO3作為催化劑，在290 ℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)時間10～15 min，催化解聚木質(zhì)素及其模型化合物。結(jié)果表明：醇溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)在一定程度上能夠緩解縮聚反應(yīng)，催化劑堿性越強(qiáng)，木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化率越高。Yuan等[36]在水-乙醇溶劑中，采用苯酚作為封端劑，以NaOH為催化劑催化解聚堿木質(zhì)素。在反應(yīng)溫度為260 ℃，木質(zhì)素與苯酚質(zhì)量比為1 ∶1，反應(yīng)時間1 h的條件下，木質(zhì)素基本能得到完全降解，固體殘渣不足1 %，基本上沒有氣體產(chǎn)物。降解產(chǎn)物的數(shù)均分子量和重均分子量與原木質(zhì)素相比均得到有效降低。王祺銘等[37]利用響應(yīng)面法分析堿性條件下木質(zhì)素酚化降解工藝，考察了木質(zhì)素取代量、酚化時間、酚化溫度對響應(yīng)值酚羥基含量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素取代量63%，酚化溫度109 ℃，酚化時間1.4 h時，其酚羥基含量可達(dá)4.498 mmol/g。

均相堿催化劑催化木質(zhì)素解聚產(chǎn)物分離困難，液體堿造成環(huán)境污染，催化劑不易回收循環(huán)利用。近幾年來，科研工作者開發(fā)了固體堿催化劑催化解聚木質(zhì)素。MgO是生物柴油合成中廣泛應(yīng)用的一種固體堿催化劑，也被應(yīng)用于木質(zhì)素催化解聚[38]。Long等[39]以價格低廉的工業(yè)固體堿MgO為催化劑，分別采用水、甲醇、乙醇和四氫呋喃為反應(yīng)介質(zhì)催化解聚木質(zhì)素。結(jié)果表明，以四氫呋喃為反應(yīng)介質(zhì)時，MgO催化解聚活性高。在250 ℃、反應(yīng)時間15 min條件下，酚類單體收率達(dá)到13.2 %。分析認(rèn)為，這是因為木質(zhì)素在四氫呋喃中良好的溶解性促進(jìn)了木質(zhì)素的催化解聚。其他的固體堿，如RbCO3、 CsCO3，在木質(zhì)素模型化合物中斷裂β-O-4 鍵也表現(xiàn)了較高的活性，在木質(zhì)素催化解聚中也有一定的應(yīng)用前景[40-41]。

2.3 催化氫化解聚

木質(zhì)素催化氫化解聚是在氫氣或氫源存在的條件下，在催化劑的作用下將木質(zhì)素解聚為芳香族化合物的方法。Ni[42]、Fe[43]、Ru[44]的復(fù)合物等均相催化劑被報道應(yīng)用于木質(zhì)素催化氫化解聚，這些均相催化劑在溫和條件下能夠有效斷裂木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的C—O鍵，使木質(zhì)素解聚為小分子芳香族化合物。但是，均相催化劑回收和循環(huán)利用困難。且有些催化體系中使用LiAlH4或t-BuONa，空氣或濕度對其催化性能影響較大。

近幾年，多相催化劑開始應(yīng)用于木質(zhì)素及其模型化合物催化氫化解聚[45-46]。Song等[47]采用活性炭負(fù)載鎳催化劑，在200 ℃條件下成功將木質(zhì)素磺酸鹽催化轉(zhuǎn)化為酚類產(chǎn)品。Zhang等[48]指出Ni催化劑中引入貴金屬Au、Ru等能夠顯著增強(qiáng)催化劑斷裂木質(zhì)素C—O鍵的活性。除Ni外，其他金屬催化劑，如Cu[49]、Mo[50]、Pt[51]、Pd[52]，也被報道催化氫化解聚木質(zhì)素及模型化合物至酚類衍生物有較高的活性。

Guan等[53]制備了不同貴金屬Pt、Pd、Rh和Ru負(fù)載的Nb2O5催化劑，通過催化氫化解聚木質(zhì)素模型化合物2-苯乙基-苯基醚評估幾種催化劑的活性。結(jié)果表明，Rh/Nb2O5催化活性較佳。通過優(yōu)化H2壓力、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素，在260 ℃、0.1 MPa條件下反應(yīng)4 h，2-苯乙基-苯基醚轉(zhuǎn)化率能達(dá)到99.3 %，芳香族化合物選擇性高達(dá)98.9 %。研究認(rèn)為Rh/Nb2O5催化氫化解聚反應(yīng)活性高是Rh和Nb2O5活性位點(diǎn)協(xié)同作用的結(jié)果，Rh負(fù)責(zé)H2的解離，而Nb2O5則負(fù)責(zé)C—O鍵的活化。將Rh/Nb2O5催化劑應(yīng)用于白蠟?zāi)举|(zhì)素的解聚，在0.1 MPa H2壓力條件下，液體產(chǎn)物基本全部為芳香族化合物。Song等[54]制備了鈷基催化劑Co/C@N，選擇性催化氫化解聚芐基苯基醚，如圖3 所示。結(jié)果表明，在最優(yōu)反應(yīng)條件下，芐基苯基醚基本完全轉(zhuǎn)化，單體產(chǎn)物選擇性高達(dá)98.2%。研究人員指出，在催化作用下，芐基苯基醚結(jié)構(gòu)中的Calk—O鍵首先斷裂形成甲苯和苯酚，苯酚迅速加氫形成環(huán)己醇。Co/C@N催化劑選擇性斷裂二苯醚、二芐醚、聯(lián)萘乙醚、愈創(chuàng)木酚、苯甲醚和鄰苯二甲醚等木質(zhì)素衍生物中的連接鍵，活性也較高。

圖3 芐基苯基醚在Co/C@N催化下氫化解聚反應(yīng)途徑Fig.3 Reaction pathway of Benzyl phenyl ether hydro processing over Co/C@N

雖然催化氫化解聚是一種有前景的木質(zhì)素解聚方式，但是目前催化效率低導(dǎo)致木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化率低，并且氫解過程中消耗昂貴的氫或氫源，成本較高。此外，催化氫化解聚反應(yīng)過程中碳氧鍵的裂解可能伴隨著芳香環(huán)的加氫，產(chǎn)生環(huán)己烷衍生物的混合物，造成產(chǎn)物體系較復(fù)雜。因此，開發(fā)高效、對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性高的催化氫化解聚方式仍是下一步研發(fā)的重點(diǎn)。

2.4 催化氧化解聚

催化氧化是一種有效的木質(zhì)素解聚方法，可以將木質(zhì)素解聚成芳香族單體、低聚物或功能性化學(xué)品，用于碳?xì)淙剂匣蚱渌ず椭扑幑I(yè)的原料[55-56]。與催化氫化解聚相比，木質(zhì)素的氧化轉(zhuǎn)化不需要消耗氫氣或氫源，也可產(chǎn)生芳香族化合物[57]。傳統(tǒng)造紙工業(yè)采用催化氧化法，在制漿和漂白過程中使用氧氣、臭氧和過氧化氫作為氧化劑降解脫除木質(zhì)素。近年來，在木質(zhì)素催化氧化解聚方面，過氧酸、離子液體、有機(jī)金屬催化劑、有機(jī)催化劑、仿生催化劑等得到了廣泛的研究[58-61]。

木質(zhì)素選擇性氧化解聚是一種有前景的木質(zhì)素轉(zhuǎn)化策略。鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物，如LaFe1-xCuxO3(x = 0, 0.1 和 0.2)和Pd/Al2O3催化劑被用于堿木質(zhì)素的氧化轉(zhuǎn)化，主要產(chǎn)物為香草醛和丁香醛，但產(chǎn)物得率不高[62-63]。研究發(fā)現(xiàn)均相催化劑，如Mn(NO3)2，結(jié)合離子液體在木質(zhì)素氧化解聚斷裂C—O鍵具有較高的反應(yīng)活性[64]。

盡管均相催化劑氧化解聚木質(zhì)素活性較高，但催化劑從產(chǎn)物中分離比較困難。針對這一問題，科研工作者開發(fā)了多相催化劑。Zeng等[65]制備了石墨烯氧化物催化劑，分別氧化解聚木質(zhì)素二聚體、木質(zhì)素低聚物和溶劑型木質(zhì)素。結(jié)果表明石墨烯氧化物催化劑可以選擇性氧化木質(zhì)素的芳基和烷基羥基，從而實現(xiàn)木質(zhì)素在溫和條件下解聚。研究認(rèn)為木質(zhì)素二聚體、木質(zhì)素低聚物和溶劑型木質(zhì)素催化解聚的機(jī)理是通過一種穩(wěn)定存在的烯醇醚中間體。木質(zhì)素中的酚羥基促進(jìn)自由基陽離子的形成，阻止開環(huán)反應(yīng)，從而導(dǎo)致木質(zhì)素二聚體通過烯醇醚中間體轉(zhuǎn)化為酚類單體。Sibel等[66]在溫度（150～250 ℃），壓力（3.45～10.34 MPa）條件下，采用濕式空氣氧化法解聚堿木質(zhì)素、玉米秸稈和杉木原料。結(jié)果表明，相對于玉米秸稈和杉木原料，堿木質(zhì)素更易解聚。在150 ℃和6.89 MPa條件下，主要產(chǎn)物為異香草酸。升高溫度和壓力，導(dǎo)致更多氧化產(chǎn)物的形成，主要為羧酸衍生物。

Rahimi等[67-68]提出了一種在溫和條件下選擇性轉(zhuǎn)化木質(zhì)素至低分子量芳族化合物的新路徑，這一路徑包含氧化木質(zhì)素中Cα位的羥基至酮基和水解β-O-4 鍵兩個步驟。研究發(fā)現(xiàn)4-乙酰氨基-TEMPO和HNO3能夠有效氧化木質(zhì)素中Cα位的羥基至酮基，轉(zhuǎn)化率高達(dá)94%。氧化木質(zhì)素在甲酸/甲酸鈉存在條件下較易水解，低分子量芳族化合物產(chǎn)率高達(dá)60 wt%。Torsten等[69]也得出了相同的結(jié)論，在80 ℃，氧氣氣氛下，以1,4-二惡烷為溶劑，采用Co(acac)3/NHPI為氧化劑選擇性氧化木質(zhì)素模型化合物。指出Co(acac)3/NHPI氧化劑能夠有效氧化Cα位的羥基，從而降低化學(xué)鍵穩(wěn)定性，使鄰近的C—O和C—C鍵更易斷裂，如圖4 所示。通過2D-NMR (HSQC)表征和凝膠滲透色譜測量結(jié)果表明，硫酸鹽木質(zhì)素和溶劑型木質(zhì)素在此實驗條件下也能被氧化。

圖4 Co-NHPI氧化木質(zhì)素模型化合物β-O-4 鍵Fig.4 Oxidation of β-O-4 of Lignin Model Compounds with Co-NHPI

盡管催化氧化解聚是一種有效的木質(zhì)素解聚方式，但是目前大多數(shù)催化氧化解聚反應(yīng)條件苛刻（如高溫、高壓、強(qiáng)氧化度等），致使木質(zhì)素分子內(nèi)連接鍵或芳香環(huán)的無規(guī)則斷裂，產(chǎn)生多種解聚產(chǎn)物，目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率和選擇性較低。因此，這應(yīng)是木質(zhì)素催化氧化解聚需要解決的關(guān)鍵問題。

3 結(jié)語

綜上所述，木質(zhì)素液相催化解聚反應(yīng)中，木質(zhì)素分子連接鍵，特別是β-O-4 鍵與催化劑活性位的接觸是木質(zhì)素能夠有效解聚的關(guān)鍵。然而，木質(zhì)素空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)中含有多種極性基團(tuán)，有很強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間氫鍵，極高的聚合度使其結(jié)構(gòu)單元緊密結(jié)合，阻止了催化劑活性位點(diǎn)向連接鍵的擴(kuò)散，導(dǎo)致催化劑對木質(zhì)素水解效率較低。此外，在催化劑存在下木質(zhì)素分子連接鍵的斷裂，通常需要苛刻的反應(yīng)條件。反應(yīng)過程中總是伴隨著不飽和基團(tuán)或碳正離子等活性化合物的生成。生成的初級降解產(chǎn)物高度不穩(wěn)定，極易發(fā)生嚴(yán)重的縮合反應(yīng)，造成目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率及選擇性降低。因此，只有在溫和的條件下解聚才能有效抑制中間產(chǎn)物的縮合反應(yīng)，得到理想的目標(biāo)產(chǎn)物。

基于以上分析，木質(zhì)素有效解聚為目標(biāo)小分子化學(xué)品的關(guān)鍵，催化解聚反應(yīng)在較溫和的條件下進(jìn)行，并使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中連接鍵與催化劑活化位有效接觸。為此，今后木質(zhì)素液相催化解聚研究應(yīng)重點(diǎn)放在以下幾個方面：

1）優(yōu)化木質(zhì)素預(yù)處理方法。選擇有效的木質(zhì)素預(yù)處理方法，降低木質(zhì)素聚合度，使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中連接鍵與催化劑活化位有效接觸，同時弱化木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中化學(xué)連接鍵，使其在溫和條件下能夠催化斷裂。

2）篩選合適的反應(yīng)介質(zhì)。木質(zhì)素催化解聚過程中，反應(yīng)介質(zhì)對木質(zhì)素與催化劑間的傳質(zhì)影響很大。已有研究表明，以有機(jī)溶劑與水形成的均相共混溶劑或非均相反應(yīng)體系作為介質(zhì)，對木質(zhì)素的水熱解聚過程有較大影響，可提高液相產(chǎn)物及總酚的產(chǎn)率。

3）選擇高效易分離催化劑。催化劑的使用對木質(zhì)素解聚效果的提升影響顯著。因此，如何保持催化劑的高活性及穩(wěn)定性至關(guān)重要，且后續(xù)催化劑的分離及循環(huán)使用也是需要解決的關(guān)鍵問題。