蒋剑春：《运用木质纤维炼制新工艺推动农林剩余物资源高值利用》
作者：蒋剑春（中国工程院院士，中国林科院首席科学家、研究员）
将木质纤维类生物质高效转化为生物基含氧平台化学品或功能材料，对于实现农林剩余物资源的低碳高值利用具有重要意义。预处理作为生物精炼过程的关键步骤，通过解聚木质纤维的天然抗降解屏障，促进平台分子的高效分离与利用。然而，传统预处理体系中戊糖和木质素的有序分离依然面临挑战。创新构建了一种新型绿色双相体系：碳酸丙烯酯/对甲苯磺酸水溶液（PC/p-TsOH aq），实现了毛竹全组分的可控解聚和分级分离，为木质纤维的全组分增值利用提供了新的策略。
研究系统开展了预处理条件（p-TsOH浓度、溶剂比、温度和时间）优化（图2），PC/p-TsOH双相体系预处理毛竹的最佳条件为：p-TsOH浓度为7.5 wt%，PC与p-TsOH aq的质量比为4:1，反应温度为130 ℃，反应时间为60 min。在此条件下，半纤维素和木质素分离率分别为95.5%和97.2%，纤维素保留率为91.9%，表明PC/p-TsOH双相体系能有效解聚毛竹的顽固结构，是一种高效、高选择性的预处理工艺。
对PC/p-TsOH双相体系预处理获得的富纤维素组分进行表征分析，在FTIR光谱中（图3a），半纤维素和木质素的吸收峰均消失，表明半纤维素和木质素的有效分离。对3800~3000 cm-1处的O-H峰进行高斯拟合（图3b），发现游离羟基增加到82.1%，表明预处理破坏了纤维素分子内和分子间的氢键，暴露出更多的游离羟基，有利于提高后续的酶水解产率。由于无定形半纤维素和木质素的分离，富纤维素的结晶度达到了61.3%（图3c）。预处理后的富纤维素组分表面粗糙、松散（图3d），具有更大的比表面积，能够为纤维素酶提供更多的酶结合位点。
富纤维素组分经酶水解72 h后，酶水解产率为95.8%（图4a），比未预处理的原料高6.8倍，同时葡萄糖产率达到347.9 mg/g（图4b）。由于在酶水解的过程中，木质素会与纤维素竞争，并与酶产生非特异性吸附，这会影响纤维素酶对纤维素的可及性，降低酶水解的效率和产率。因此，PC/p-TsOH aq预处理体系促进了生物质中木质素的解聚，减弱了木质素与酶的相互作用，从而提高了葡萄糖的水解效率。
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作者介绍：
蒋剑春：中国工程院院士、国际木材科学院院士，中国林科院首席科学家，研究员、博士生导师，国家林产化学加工技术中心主任，中国林业科学研究院林产化学工业研究所原所长，享受国务政府特殊津贴。兼任：生物基材料产业技术创新战略联盟理事长，中国林学会副理事长，中国林学会林产化学分会理事长，生物质能源产业技术创新战略联盟副理事长。蒋剑春院士长期致力于生物质资源热化学转化应用基础及其工程化关键技术研究，赢得了多项“第一”“首创”和“领先”技术成果，打破了国外活性炭制造技术垄断，提升了中国林产化工技术水平和国际地位，为中国林业产业的发展作出了突出贡献。他揭示了木质纤维类生物质热化学液化和油脂热裂解转化过程的行为和演变规律，创制了纤维类、油脂类生物质制造液体燃料新途径和关键技术，建立了热解气化过程新方法，突破了工程化应用关键技术，推动了热解气化技术在供气、供热和发电等方面的规模化应用。成果推广应用于全国10多个省、自治区，建成农林剩余物高效热解气化装置190台套，国内市场占有率30%以上。创建了“发电、供热和供气”多元化利用的先进模式。成套技术装备出口到英、意等10个国家，取得了显著的经济、社会和生态效益。先后主持承担国家攻关、国际合作、部省级科技攻关和重点项目、省应用开发项目，院基金及工厂委托的研究课题等，已鉴定和验收成果20余项；发表学术论文450余篇，授权发明专利80余件。先后获国家科技进步一等奖1项、二等奖3项，中国专利优秀奖1项，省部级科技奖励8项，联合国工发组织等机构联合颁发的全球可再生能源最具投资价值领先技术“蓝天奖”1项。
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