天大研发“一步法高效催化转化工艺”将木质素变废为宝

天津大学化工学院教授李永丹日前带领团队设计了“木质素一步法高效催化转化工艺“，突破性地将碱木质素完全转化成为高附加值的有机小分子化合物，做到了低成本、高收率、产业化前景好。

该工艺在实验室已经全面实现，进入到了中试和成果转化阶段，能够做到将“用之困难，弃之污染”的木质素变废为宝。相关成果发表在世界顶级综合类化学刊物《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed)上，同时申请国际发明专利1项，国内专利4项。

中国造纸工业年度报告称，我国制浆造纸工业每年要从植物中分离出约3000万吨纤维素 ，同时得到 1000万吨左右的木质素副产品。但是，超过95 %的木质素却以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉：排入江河污染水源和土壤，浓缩后燃烧热值低，并产生硫氧化物污染空气。

木质素是一种由苯丙烷结构聚合成的三维大分子复合材料，通过醚键和碳碳键连接而成的长链芳香族化合物。它是唯一可以提供芳香环单体的可再生原料。这些芳香烃单体可用于制造从塑料汽水瓶、凯夫拉尔纤维到农药和药物等许多的东西，现在，芳香烃几乎完全来自石油。而只有木质素的这些长链分解为个体单位时，芳香烃等才能成为可持续供应的有用化学制品的基础成分。可是，木质素的分子结构很稳定，极难分解为有价值的亚单位，尤其是要以一种节约成本的方式。现有的木质素催化炼制过程多是把木质素气化，通过费托、甲醇等合成工艺合成液体产物，能耗高、效率低，且产生焦油等废料，李永丹团队则利用“一步法高效催化转化工艺”变废为宝，把木质素稳定的长链“打断”，分解成高附加值的有机小分子化合物。

”我们以碱木质素为原料，采用钼基金属纳米催化剂，在超临界乙醇中，一步反应将木质素解聚为高附加值的有机小分子化合物。之后采用闪蒸技术将反应后的乙醇溶剂迅速分离，将液体产物通过连续精馏实现精制与分离。“李永丹介绍工艺原理。

李永丹团队在国际上首次采用纳米结构的α碳化钼基催化剂，这是一种价格便宜的催化剂，却在解聚木质素过程中，除了产生芳香烃，还产生长链醇类、脂类这些本身制备困难、价格颇高的小分子化合物，可谓“一举多得”。他们同时利用纳米催化材料与超临界流体的协同促进原理，不需要酸性环境，只需超临界乙醇溶剂就能 “一步反应”将木质素解聚，进一步简化了制备的条件和步骤。

“目前，国际上报道的木质素催化反应体系较少，且产物收率低，副产固体结焦 “，李永丹说，”我们的方法简便又经济”。

此外，利用“一步法高效催化转化”木质素，液体产物总收率高达1.64g/g木质素。这为创新成果转化为现实生产力提供了可能。比如采用山东某纸业公司的副产木质素，1200元/吨的木质素经过催化转化，液体产物收率达到1530mg/g木质素，总产值高达51400元/吨木质素。

李永丹将木质素视作未来利用可再生生物质而非石油来作为原料，生产燃料或化学制品同时减少环境影响的“生物炼制”的关键。“若能从木质素处创造出价值，就能够减轻非可再生能源和环境的压力。”

（通讯员 靳莹）