溶液加工是木质纤维素生物质工业应用的主要途径之一。木质纤维素的完全溶解有利于其下游产品升级，合成生物质基增值化学品及材料，而且木质纤维素溶解后再生是一种有经济前景的木质纤维素选择性分离方法。

然而，在传统有机溶剂中实现木质纤维素生物质的完全溶解是一个巨大的挑战，因为由共价键和强氢键连接的高度木质化结构，严重阻碍了木质纤维素溶液加工法的施行。因此，设计强效溶剂直接溶解木质纤维素引起了人们的极大兴趣。

近日，北京林业大学薛智敏教授和中国人民大学牟天成教授团队开发了基于离子液体/乙醇胺-超碱的溶剂实现了在温和条件下对木质纤维素生物质的快速高效溶解。

该成果以“Robust ionic liquid/ethanolamine-superbase solvents enable rapid, efficient and mild dissolution of lignocellulosic biomass”(《离子液体/乙醇胺-超碱溶剂快速、高效、温和溶解木质纤维素生物质》)为题，发表在英国皇家学会期刊 Green Chemistry 上，并入选为期刊内封面文章。

该工作设计的离子液体 / 乙醇胺 - 超碱溶剂成功实现了温和条件下木质纤维素生物质快速高效溶解。90 ℃ 时甘蔗渣在 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（EmimOAc）中的溶解度为 1.5 g 木质纤维素 / 100 g 溶剂，加入乙醇胺-1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烯（EA-DBN）后，溶解度显著提升到 9.5%。同时，1% 的甘蔗渣在溶剂 EmimOAc 和 EmimOAc/EA-DBN 中溶解时间分别为 300 min 和 50 min，溶解时间显著降低。此外，EmimOAc/EA-DBN 溶剂体系可以有效的溶解其他各种类型的木质纤维素生物质，在木材、农业废弃物和草类中的溶解度依次增加。

进一步探究木质纤维素生物质在离子液体/乙醇胺-超碱溶剂中溶解机理，发现乙醇胺-超碱能够有效调节离子液体氢键形成能力及微结构，协同溶解木质纤维素。随着乙醇胺-超碱的加入，离子液体连续的氢键网络结构解离成为溶剂化离子聚集体，离子聚集体中阴阳离子间氢键作用变强，体积变小，结构更紧密。从而离子液体/乙醇胺-超碱溶剂更容易进入木质纤维素内部，与纤维素、半纤维素、木质素大分子链形成氢键，实现木质纤维素的高效溶解。溶解热研究表明，乙醇胺-超碱不仅调节离子液体氢键形成能力及微结构，还与木质纤维素大分子链间存在有效相互作用，从而显著提升木质纤维素溶解度。

综上所述，离子液体/乙醇胺-超碱溶剂成功实现了木质纤维素溶解，极大地提升了木质纤维素的溶解度、缩短了溶解时长、降低了溶解条件要求。本研究所探索的溶剂体系在木质纤维素生物质溶解甚至转化方面具有应用潜力。

• Robust ionic liquid/ethanolamine-superbase solvents enable rapid, efficient and mild dissolution of lignocellulosic biomass

  Yang Wang, Huan Wang, Lan Chen, Weitao Wang, Zhaohui Yang, Zhimin Xue*（薛智敏，北京林业大学） and Tiancheng Mu*（牟天成，中国人民大学）

  Green Chem., 2023, 25, 4685-4695
  https://doi.org/10.1039/D3GC00783A

汪洋 博士研究生

北京林业大学

本文第一作者，北京林业大学薛智敏课题组博士研究生，主要研究方向为林木生物质预处理、组分分离。

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