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来源：高分子科学前沿
地球每年通过光合作用生产约1000亿吨木质纤维素，这些木质纤维素想要获得高价值的应用，如生产液体燃料，制备化学品和纳米材料，需要进行预处理打开其结构。传统的水热法、酸法，碱法和有机溶剂需要在高温高压下进行，反应条件苛刻且反应后木质素的结构变化大，不利于后续的高价值应用。蒸汽、SO2和NH3爆破则需要特殊的设备，且气体的回收麻烦。虽然目前一些新的预处理方法被开发出来，如离子液体，深共溶溶剂，甲醛/二氧六烷溶液萃取，多元醇等预处理方法，但是这些方法也存在着试剂成本高，处理时间长，有机溶剂易挥发，试剂回收困难等问题。美国农业部朱俊勇团队研发出了利用马来酸在常压和低温下（≤100°C）预处理木质纤维素的新方法。
相关内容发表在《Green Chemistry》上，并作为背封面刊登。他们利用50wt%左右的马来酸在100°C左右溶解出木质纤维素中大部分木质素和半纤维素。分离出的预处理液经过稀释就可以得到木质素，溶解在预处理液中的五碳糖经过马来酸催化精馏可以直接制备糠醛，剩下的马来酸溶液则可以继续循环利用。
图1.可回收马来酸预处理木质纤维素的流程图（A）和机理图（B）。第一作者蔡诚博士说：我们利用二位核磁证明了预处理中马来酸可以与木质素的γ-OH发生酯化反应，这有利于增强预处理后底物中的木质素与纤维素酶之间的静电排斥力，减少纤维素酶的无效吸附，增强底物的酶水解效率。而且有利于增强底物底物制备纳米纤维素之间的静电排斥作用，提高纳米纤维素的稳定性和均一性。马来酸的弱酸性也利于保证木质素的结构不受到严重的破坏。
图2. 磨木木质素和马来酸溶出的木质素的二维1H-13C核磁图。 
图3. 马来酸预处理底物的酶解消化率随时间的变化（A）及制备纳米木质纤维素（B）。朱俊勇教授说：这种预处理方法不仅适用性广，而且不涉及到有毒有害试剂，无挥发性溶剂，操作条件安全，试剂（马来酸）本身无毒且回收方便。
图1.可回收马来酸预处理木质纤维素的流程图（A）和机理图（B）。第一作者蔡诚博士说：我们利用二位核磁证明了预处理中马来酸可以与木质素的γ-OH发生酯化反应，这有利于增强预处理后底物中的木质素与纤维素酶之间的静电排斥力，减少纤维素酶的无效吸附，增强底物的酶水解效率。而且有利于增强底物底物制备纳米纤维素之间的静电排斥作用，提高纳米纤维素的稳定性和均一性。马来酸的弱酸性也利于保证木质素的结构不受到严重的破坏。图2. 磨木木质素和马来酸溶出的木质素的二维1H-13C核磁图。 图3. 马来酸预处理底物的酶解消化率随时间的变化（A）及制备纳米木质纤维素（B）。朱俊勇教授说：这种预处理方法不仅适用性广，而且不涉及到有毒有害试剂，无挥发性溶剂，操作条件安全，试剂（马来酸）本身无毒且回收方便。预处理得到的底物可以在较低纤维素酶用量下（10FPU/g glucan）轻松达到80%以上的葡萄糖得率，并易于制备稳定的纳米木质纤维素，获得的木质素具有较高的β-O-4键含量，易于降解制备平台化合物。后续工作将致力于相关技术的开发和工业化应用。
参考文献：Maleicacid as a dicarboxylic acid hydrotrope for sustainable fractionation of wood atatmospheric pressure and≤ 100° C: mode and utility of lignin esterification. CCai, K Hirth, R Gleisner, H Lou, X Qiu, JY Zhu, Green Chemistry, 2020, 22,1605-1617.
来源：Polymer-science 高分子科学前沿
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjM5NzA5OA==&mid=2651727258&idx=6&sn=c95f2173f559c260e57655b14520e24e&chksm=8b4a37dfbc3dbec9c67dd0e673b1cd9442a2e55b0f5bb0c3dd674e951110fd95713046cac95a#rd
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