木质纤维素是自然界中储量最丰富的可再生原料，广泛来源于木材、竹材、秸秆等，主要由纤维素、半纤维素和木质素（简称“三素”）组成。作为最具利用价值的可再生碳资源，木质纤维素三素如果无法充分利用，将限制生物质化工发展的经济性和环境友好性。近日，中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队在木质纤维素三素分离和高值化利用方向取得重要突破。该团队针对木质素分离中易发生低值化自缩合等难题，设计并开发了催化木质素芳基化的三素分离（CLAF）技术。该研究成果在助力非石化资源高值化利用的同时，有望弥补我国生物质原料利用不充分、生物质基材料进口依存度高等问题。相关成果于5月29日发表在《自然》杂志上。
“我们在研究中发现，木质纤维素利用不充分的重要原因是，木质素在反应过程中容易发生自身缩合，即不可控地形成分子间和分子内的碳碳键交联。这是天然木质素的本征化学特性，就像五六岁的小孩子，天生充满好奇，爱调皮，这是本性。木质素在反应过程中容易自缩合也是本性。”该论文的第一作者李宁介绍说。
大连化物所研究团队利用木质素易缩合的倾向，通过引入具有高亲核活性的木质素衍生酚，大幅提高木质素发生缩合反应的选择性。基于CLAF技术提取的芳基化木质素通过催化解聚，可制备环境友好的可再生双酚及寡聚酚。联产的纤维素组分和半纤维素糖可分别转化为高纯溶解浆和木糖/糠醛。该策略源于对木质素自缩合反应本质的新认识，采用催化反应手段，解决了在木质纤维素绿色精炼过程中三组分高效分离并高值化利用的难题。
大连化物所发展的CLAF技术以木质纤维素为原料，以高品质溶解浆、半纤维素糖、木质素双酚/聚合材料等作为重要出口。溶解浆中纤维素纯度高达95%以上，可替代棉花，提供纺织原料、药辅原料等；半纤维素糖可用于功能性糖、糠醛及其衍生物等重要平台化合物的生产，将有效拓宽半纤维素原料来源；木质素双酚及寡聚酚，虽暂无规模化应用，但现阶段的研究结果已经展现出其替代石化基BPA的巨大潜力。作为热固性聚合物和热塑性聚合物的重要前体，木质素基双酚有望在涂料、胶黏剂、通用塑料和工程塑料领域提供可再生和环境友好的产品方案。
这项工作瞄准新质生产力和低碳社会的发展趋势，通过三素分离新方法得到的原料可以降低相关产业对化石资源的依赖。结合我国可再生资源的整体分布趋势，亟须发展基于本地资源的生物质转化技术，CLAF三素分离技术可充分利用不同地区的生物质原料，推动相关产业本土化发展。(谢小芳)