工业木质素资源化高效利用及新型分离技术研究
木质素的分离提取与高值化应用研究进展
第40卷第2期2021年3月Vol.40No.2Mar.2021大连工业大学学报JournalofDalianPolytechnicUniversityDOI:10.19670/ki.dlgydxxb.2021.0205木质素的分离提取与高值化应用研究进展苏秀茹，傅英娟，李宗全，张永超(齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东济南250353)摘要：木质素结构的复杂性和多样性及其与纤维素、半纤维素交织在一起所构成的天然抗降解屏障，致使其分离提取困难。
传统的以获取纤维素为主的分离过程导致木质素降解或缩合，因而化学结构更复杂、反应活性较低，影响其转化和高值化利用。
在保持木质素原有结构的前提下，实现木质素与纤维素和半纤维素的高效分离是当前生物质精炼领域的研究热点。
综述了基于木质素优先策略提取木质素的国内外最新研究进展，如有机溶剂法、离子液体法、低共熔溶剂法等，并分析了其在日化、医学、电化学、环保、农林业等领域的高值化应用前景。
关键词：木质素；低共熔溶剂；化学改性；高值化应用中图分类号：TS79文献标志码：A文章编号：1674-1404(2021)02-0107-09Research progress on extraction and high-value application of ligninSU Xiuru,FU Yingjuan,LI Zongquan,ZHANG Yongchao(State Key Laboratory of Biobased Material and Green Papermaking,Qilu University of Technology,Shandong Academy of Sciences,Jinan250353,China)Abstract:The structural complexity and diversity of lignin,as well as the natural anti-degradation barrier formed by intertwining it with cellulose and hemicellulose,made it difficult to be selectively extractedfrom biomass.Inaddition,thetraditionalseparation methodsgenera l yfocusedonderiving ce l uloseandusua l yleadtodegradationandcondensationoflignin.Thus,theobtainedligninhada morecomplex chemicalstructure and lower reactivity,which then hindered its conversion and high-valueutilization.Itwasthehotspotintheresearchofmaintainingtheoriginalstructureoflignin and e f icient separating lignin from lignoce l ulosic biomass in the fields of biorefinery.The latest researchprogressonthemethodsofseparationandextractionoflignin,e.g.,organicsolvent,ionic iquidsandloweutecticsolventsmethods,wereconcluded.Furthermore,thehigh-valueapplicationof ignin in the fields of daily chemicals,medicine,electrochemistry,environmental protection, agriculture and forestry were estimated.Keywords：lignin；deep eutectic solvents；chemical modification；high-value application0引言木质素是植物纤维原料的主要化学组分之一，含量仅次于纤维素，是自然界中唯一可再生的含有芳香结构的天然高分子物质［1］。
木质素的化学改性及其在高分子材料中的应用
木质素的化学改性及其在高分子材料中的应用摘要：化石资源的枯竭和环境危机促使科学工作者开发和利用生物降解高分子材料。
木质素作为一种成本低廉、开发潜力大的生物降解天然高分子材料已受到研究人员的关注和重视。
关键词：木质素；化学改性；高分子材料；应用前言木质纤维素类生物质有着巨大的可利用量，是唯一可再生的碳源，其清洁高效利用能够缓解化石能源短缺的严峻形势，也与目前的可持续发展政策相符。
现有技术对木质纤维素类生物质中纤维素和半纤维素开发利用较为完善，在热化学转化、生化转化、材料合成等方面都得到了较大的发展。
1木质素结构特征木质素结构可以拆分为不同甲氧基含量的三种苯基丙烷单元，根据苯环连接的甲氧基数量从多到少分为紫丁香基丙烷单元（S型木质素）、愈创木基丙烷单元（G型木质素）和对羟苯基丙烷单元（H型木质素）。
本节主要概述木质素中的官能团、单元连接以及酰化/交联结构。
2木质素的降解机理木质素是自然界中唯一含芳环的天然高分子，结构中的官能团种类丰富，在植物界的含量仅次于纤维素，储量巨大，具有代替石油的潜力。
同时，随着工业的进步，生活水平的提高，纸质品需求量逐年增加，在造纸工艺中提取完造纸所需纤维素后剩下的造纸黑液中含有大量的木质素。
研究表明木质素生物降解过程主要包括化学结构变化。
侧链氧化是木质素降解过程最重要的环节，这个环节使木质素的单体之间的连接发生断裂，降解成低分子物质，其中涉及的主要是Ｃα－Ｃβ键和醚键的断裂，随之将断裂处与苯环相连的末端碳原子氧化成酸。
去甲基化过程与酚类物质的形成有关。
在堆肥期间，降解物中的的烷基酚含量相对增加；侧链氧化解聚和去甲基化后得到的木质素是以单环为主的芳香化合物，在微生物的作用下进一步降解开环而实现完全降解。
3木质素基生物降解高分子材料的研究现状3.1木质素／淀粉复合材料淀粉是一种植物来源天然高分子。
淀粉分子中含有大量的羟基，使其制品吸水性较强，在高湿度环境下，力学性能下降严重，这给扩大其应用领域带来了困难。
木质纤维生物质精炼中木质素的分离及高值化利用
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第1期·294·化工进展木质纤维生物质精炼中木质素的分离及高值化利用平清伟，王春，潘梦丽，张健，石海强，牛梅红（大连工业大学，辽宁省制浆造纸重点实验室，辽宁大连 116034）摘要：木质纤维素作为最有前途的可再生资源，可替代现有的液体燃料。
因此，木质素作为木质纤维生物质细胞壁的主要成分之一，由其开发的高附加值产品将大大提高从可循环利用生物质生产能源的经济性。
本文回顾了自催化乙醇精炼技术的优势，相对于其他制浆技术不仅可以高效地从木质纤维生物质中分离出高活性的木质素，还可以获得高附加值的副产品（如糠醛、低聚糖、乙酰丙酸、甲酸、乙酸等）。
同时，抽提液可循环利用。
基于自催化乙醇精炼木质纤维生物质的特点，介绍了用自催化乙醇精炼所分离出的高活性木质素进行高值化利用的优势，以及用木质素生产高附加值产品的研究及利用，从而为木质纤维生物质中木质素在工业上大量开发利用提供了一条新的途径。
关键词：乙醇精炼；自催化；木质纤维生物质；乙醇木质素；高值化利用中图分类号：TS 79 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0294–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.040Separation and high-value utilization of lignin from the lignocellulosebiomass refiningPING Qingwei，WANG Chun，P AN Mengli，ZHANG Jian，SHI Haiqiang，NIU Meihong （Dalian Polytechnic University，Key Laboratory of Pulp and Paper in Liaoning Province，Dalian 116034，Liaoning，China）Abstract：As the most promising renewable resource，lignocellulose may replace the existing liquid fuel. Lignin is one of the main components of lignocellulose biomass cell walls and therefore developing high value-added products from lignin will greatly improve the economic efficiency in recycling biomass to energy. This paper reviewed the advantages of the auto-catalytic ethanol refining technology. Compared with other pulping technology，it can not only separate highly active lignin from lignocellulose biomass feedstock，but also attain high-value co-products，for instance the furfural，oligosaccharide，levulinic acid，formic acid and acetic acid，etc. Simultaneously，the extracting liquor can be recycled. In the review，based on the characteristics of auto-catalytic ethanol refining lignocellulose biomass feedstocks，we introduced the advantages of high value application of highly active lignin separated from the lignocellulose biomass via autocatalytic ethanol refining. Furthermore，the utilizations of products prepared from the lignin were reported，which provides a new way in large scale development and utilization of lignocellulose biomass lignin in industries.Key words：ethanol refining; auto-catalytic; lignocellulose biomass; ethanol-lignin; high-value utilization纤维素、半纤维素、木质素构成了丰富的可再生植物纤维资源。
木质素分离新策略
木质素分离新策略
木质素的分离新策略可以采取以下几种方法：
1. 机械粉碎法：将材料切碎，放在浸泡液中浸泡，用液压机压干水分，再进行热气烘干。
烘干后的原材料在纤维粉碎机中粉碎，分筛消毒封装。
这种方法适用于大规模生产。
2. 化学法：通过选择合适的化学试剂，如多相低共熔溶剂（IGNR）体系，原位生成氨气精准作用于木质纤维素中的LCE结构，以亲核加成消除的解离机制断裂LCE键并溶解分离出木质素。
这种方法在分子水平对LCC结构进行构效解析，可以精准剪切化学键以分离天然木质素。
以上策略仅供参考，在实际操作中还需要根据具体情况进行调整和优化。
木质素的分离及其综合利用研究进展
木质素的分离及其综合利用研究进展陶鑫;李子江;司传领【摘要】不可再生资源的储量日益减少,可再生资源的开发与综合利用成为人们关注的焦点.木质素作为自然界中唯一可提供芳香环的可再生资源,对其分离并进行综合利用具有巨大的潜在价值.本文主要介绍木质素的分离方法以及不同分离方法所得木质素具有的不同特征.同时,介绍了木质素的综合利用价值.根据近年来取得的成就进行前景展望.【期刊名称】《天津造纸》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】4页(P16-19)【关键词】木质素;分离;结构特性;改性;综合利用【作者】陶鑫;李子江;司传领【作者单位】天津市制浆造纸重点实验室,天津科技大学造纸学院,天津300457;天津市制浆造纸重点实验室,天津科技大学造纸学院,天津300457;天津市制浆造纸重点实验室,天津科技大学造纸学院,天津300457【正文语种】中文木质素是自然界中含量仅次于纤维素和甲壳素的第三大可再生资源，主要存在于植物细胞壁中，与半纤维素合称为细胞壁的填充物质[1]。
对植物的生长发育起着至关重要的作用，为植物细胞壁提供机械强度，对植株生长起支撑作用。
我国生物质资源极其丰富，每年经光合作用产生的生物质总量超过40亿t[2]，木质素约占木质纤维素类生物质原料的40%[3]，但超过95%的木质素废弃物，直接随废水排放、填埋或以浓缩焚烧的方式处理，这不仅污染了环境，还造成了资源的巨大浪费[4]。
就制浆造纸工业而言，每年产出5 000万t左右的木质素副产品，但利用率不高，我国还不足10%[5]。
木质素是由3种前驱体物质（对香豆醇、松伯醇和芥子醇）通过酶脱氢聚合及自由基耦合方式形成的具有三度空间网状结构的芳香族高聚物[6]。
有3种结构单元（愈创木基丙烷结构、紫丁香基丙烷结构和对羟苯基丙烷结构），结构单元间的键和方式有C—O—C醚键（占所有键的2/3～3/4）和C—C键（占所有键的1/4～1/3），β-O-4、α-O-4、4-O-5、β-β、β-1、β-5、5-5'等 [7]。
木质素的提取方法及综合利用研究进展
近年来，许多科研人员致力于优化木质素的提取方法。其中，超声波辅助提取 和微波辅助提取因其高效、环保的特性而受到广泛。超声波的空化作用可以加 速木质素与溶剂的混合，从而提高提取效率。而微波则可以通过其热效应使木 质素更容易从木材中释放出来。
除了提取方法，木质素的纯化也是研究的重点。由于木质素在提取过程中常常 与其它物质如纤维素、半纤维素等混合在一பைடு நூலகம்，因此需要进一步纯化以获得高 纯度的木质素。目前，常用的纯化方法包括沉淀法、柱层析、膜分离等。
物理法是通过物理手段如高温、高压或超声波等将木质素从植物细胞壁中分离 出来。物理法的优点是条件温和、对环境友好且提取效率较高，但设备成本较 高。
3、综合利用
木质素的综合利用途径主要包括以下几个方面：
(1)医药领域：木质素具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等药理作用，可被用于制备 药物。例如，从松树皮中提取的木质素可以用于治疗慢性肾功能衰竭。
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在黑木耳多糖提取完成后，需要进行综合利用。黑木耳多糖具有广泛的生物活 性，可以应用于医药、保健品、化妆品等多个领域。例如，将黑木耳多糖添加 到药品中，可以用来治疗癌症、肝炎等疾病；将黑木耳多糖添加到保健品中， 可以增强人体免疫力、抗氧化能力；将黑木耳多糖添加到化妆品中，可以起到 保湿、抗衰老的作用。
在未来，随着科技的不断进步和研究深入，木质素的提取方法和综合利用将会 取得更大的突破。例如，可以利用人工智能和大数据技术对木质素的性质和功 能进行预测和分析，开发更加高效和环保的提取方法和综合利用技术。同时， 也可以探索木质素在其他领域的应用，如能源领域等。
5、结论
木质素的提取方法和综合利用研究在医药、农药、兽药、化妆品等领域具有广 泛的应用前景。然而仍存在一些挑战，例如不同来源木质素的结构差异和质量 不稳定等问题。为了推动木质素的应用研究和发展，需要进一步深入研究木质 素的性质和功能，开发高效的提取方法和综合利用技术。
木质素提取及其应用研究进展
木质素提取及其应用研究进展王婷(新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006)摘要：木质素主要来源于制浆造纸过程中的黑液, 具有潜在工业价值，应用前景十分广阔。
本文介绍了木质素的提取方法以及木质素在农林业、石油化工、水泥及混凝土工业、高分子材料中的应用。
关键词：木质素；提取；进展1 前言木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子化合物，其含量可占木材的50%,在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。
在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿t的速度再生。
制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4 亿t纤维素，同时得到5000万t 左右的木质素副产品。
但迄今为止，超过95 %的木质素仍以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用[1]。
随着资源危机和人类对环境保护意识的日益增强，如何有效地综合利用木质素这一天然可再生的废弃资源已被许多国家提到战略高度考虑。
研究开发木质素及木质素类化合物成为有用工业产品，如：橡胶的偶联剂、补强剂，染料的分散剂，钻井泥浆的降粘剂，工业废气的脱硫剂等等，无论从保护环境的角度，还是利用废弃资源的考虑都是一项具有良好的社会意义及经济价值的课题[2]。
2 木质素的提取方法木质素按照可溶性又分为硫酸木质素、盐酸木质素、氧化铜氨木质素、高碘酸木质素、碱木质素、乙醇木质素、硫木质素、酚木质素、有机胺木质素等。
酸木质素、氧化铜氨木质素是将将木质素以外的成分溶解除去，木质素作为不溶性成分分离。
而其他的是将木质素作为可溶性成分来进行分离[3]。
酸木质素在分离过程中受到酸的作用，其结构会发生化学变化，不过盐酸木质素的变化比硫酸木质素的变化要小一些。
硫酸木质素在分离过程中所发生的变化，是由于在水解的同时木质素发生高度缩合反应造成的[3]。
作为后一类分离方法的典型例子是造纸的制浆过程。
传统的制浆方法有两种：一种是碱法制浆，碱法蒸煮中，使用碱液处理植物原料。
根据所用的碱料不同，又分为石灰法、烧碱法和硫酸盐法三种。
生物质高值化利用技术研究
生物质高值化利用技术研究生物质是一种天然资源，可以通过化学、热力学和生物化学手段转化为多种有用的化学品和能源，这种利用方式被称为生物质高值化利用。
生物质高值化利用技术已经得到了广泛的关注，因为其可以解决传统石化资源所带来的环境和能源问题，同时也可以利用森林、农业和垃圾的可再生资源。
这篇文章将介绍几种生物质高值化利用技术，并探讨它们的优劣和应用前景。
一、木质素的利用木质素是树干和植物细胞壁中的一种重要物质，具有多重化学功能，包括抗氧化、抗菌、药用等。
目前，木质素的厂商往往会将其转化为化学品，例如涂料、纸浆、树脂、医药、食品味道等工业用途。
在化学领域，木质素主要被转化为苯酚、酚醛树脂等化学品，这些化学品的市场需求很高。
木质素的高效利用也是综合利用生产中的一种重要技术。
通常将生物质原料先进行真空干燥、原材料制备、酸解、碱解等处理过程，从中分离出木质素，再进一步加工制造。
目前，国内外制备高纯木质素的工艺技术较成熟，这种利用方式对于木质素的价值挖掘有很大的帮助。
二、生物质的热解生物质的热解是将生物质加热至300°C至400°C的温度下进行反应，这种反应可以将生物质转化为一种新的能源材料——生物质炭。
经过反应后，生物质炭的比表面积较高，有利于吸附、净化污染物。
同时通过生物质热解可以获得生物质气和液体，其中生物质液体具有和石油相似的物理化学性质，在工业、能源、化工等多个领域拥有很广泛的应用前景。
热解过程中生产的生物质气可以作为燃料，如生物质气可以代替自来水，用于取代汽车燃料的能源，其具有节能、环保等特点。
此外，生物质气经过处理将成为无公害的洁净燃气，具有很好的应用前景。
生物质液体方面，由于具有类似石化液体燃料的性质，可以被用作燃料和化学原料，如柴油、汽油、树脂、香油、香料等。
三、生物油制备生物油是通过液体热解等技术制备而成的一种新型能源产品。
生物油具有较高的密度、高的存储能量、低的挥发性、高的黏度等特点，适用于替代蜡烛、木炭、燃油等燃料。
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工业木质素资源化高效利用及新型分离技术研究
随着全球经济的不断发展和人口的不断增加，能源和资源的需求也越来越大。
作为一种丰富的生物质资源，木质素因其结构独特、含量丰富、可再生性强等特点而备受关注。
然而，传统的木质素资源化利用方式存在着效率低、环境污染严重等问题，因此急需研究新型的高效分离技术和资源化利用途径，以满足社会和经济的发展需求。
一、木质素的特性及现状分析
1. 木质素的特性
木质素是一种复杂的天然有机物，具有多环芳烃结构和丰富的羟基等官能团，具有很高的化学稳定性和抗腐蚀性。
它在植物细胞壁中起着结构支撑和防御的作用，是生物质的主要成分之一。
2. 木质素的现状
目前，木质素主要来源于木质纤维素、废弃的农林生物质、造纸工业废水等，然而传统的木质素资源化利用方式主要是通过化学法或微生物法来提取木质素，存在着生产成本高、产物单一、环境污染严重等问题。
二、木质素资源化利用及分离技术的研究进展
1. 木质素资源化利用技术
（1）化学法
化学法是目前最为普遍的木质素资源化利用方式，主要包括硫酸盐法、碱法、有机溶剂法等。
这些方法可以将木质素分解成单体化合物，例如苯酚、甲酚等，然后再加工成各种化工产品。
（2）微生物法
微生物法是利用微生物菌种来降解木质素，产生酶解产品，然后通
过发酵或其他方式提取目标化合物。
这种方法具有资源消耗小、污染小、产物多样化等优点。
2. 木质素分离技术的研究进展
木质素的分离技术主要包括物理分离、化学分离、生物技术等多种
方法，其中化学分离技术是目前研究的热点之一。
这些新型的分离技
术包括超临界流体萃取、离子液体提取等，具有分离效率高、溶剂回
收率高、环境友好等特点。
三、新型分离技术的研究及应用前景
1. 超临界流体萃取技术
超临界流体萃取技术是一种利用超临界流体的特殊性质将木质素从
混合物中分离出来的技术。
它具有分离效率高、萃取速度快、无溶剂
残留等优点，因此在木质素资源化利用领域具有广阔的应用前景。
2. 离子液体提取技术
离子液体是一种新型的绿色溶剂，因其化学稳定性好、溶解力强、对环境无害等特点而备受关注。
离子液体提取技术已经被应用于木质素的提取和分离，可以有效地提高木质素的利用效率。
3. 生物技术在木质素提取中的应用
随着生物技术的不断进步和发展，生物技术已经在木质素的提取和分离中发挥越来越重要的作用。
利用改良的微生物菌株来产生高效酶解木质素的酶，可以大大提高木质素的利用率。
四、结语
随着全球对可再生资源和清洁能源的需求不断增加，木质素资源化高效利用及新型分离技术的研究将会成为未来的研究热点和发展方向。
通过开发新型的分离技术和提高木质素资源的利用效率，可以有效地解决传统木质素资源化利用方式存在的诸多问题，推动木质素产业实现可持续发展和资源循环利用，为人类社会和经济的发展做出积极贡献。