木质素催化解聚与氢解
木质素解聚得到的产物
木质素解聚得到的产物木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物，它是由苯丙烷单体通过苯环和侧链之间的键连接而成。
木质素具有坚固的结构和抗腐蚀性能，因此在传统的木材加工和纸浆制备中被广泛应用。
然而，由于木质素的结构复杂且稳定性高，使其难以降解和利用，造成了资源浪费和环境污染的问题。
为了解决这一问题，科学家们开展了大量的研究工作，试图将木质素解聚为更简单的化合物，从而实现其高效利用。
在木质素解聚的过程中，产生了许多有价值的产物，下面将逐一介绍几种常见的木质素解聚产物。
1. 苯酚类化合物：木质素解聚的重要产物之一是苯酚类化合物，例如对羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸等。
这些化合物具有一定的抗氧化性能和生物活性，可用于制备防腐剂、抗氧化剂和药物等。
2. 酚醛树脂：木质素解聚还可得到酚醛树脂，如腈酚醛树脂、酚醛胶黏剂等。
这些树脂具有优良的耐热性、耐腐蚀性和机械性能，可广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
3. 糖类化合物：木质素解聚还产生一定量的糖类化合物，如葡萄糖、木糖等。
这些化合物在食品、医药和能源等领域具有广泛的应用前景，可用于制备甜味剂、抗生素和生物燃料等。
4. 芳香烃类化合物：木质素解聚还可得到一系列芳香烃类化合物，如芳烃酚、芳香醛等。
这些化合物具有特殊的芳香香味和生物活性，可用于制备香精、医药和农药等。
5. 酚醛树脂：木质素解聚还可得到酚醛树脂，如腈酚醛树脂、酚醛胶黏剂等。
这些树脂具有优良的耐热性、耐腐蚀性和机械性能，可广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
木质素解聚的产物具有多样性和广泛的应用前景，可以满足不同领域的需求。
然而，目前木质素解聚技术还面临着一些挑战，如解聚效率低、产物选择性不高等问题。
因此，进一步深入研究木质素解聚的机理和优化解聚工艺，对于实现木质素的高效利用具有重要意义。
木质素解聚得到的产物具有丰富的价值和广泛的应用前景。
通过对木质素的高效解聚，不仅可以实现资源的循环利用，还可以减少对传统木材的需求，从而降低环境污染和生态破坏。
木质素降解技术研究进展
木质素降解技术研究进展乔悦;甘洪宇;李响;周慧;庞欣雨;王海英;李金鑫;韩洪晶【摘要】木质素是一种储量十分丰富的可再生资源,采用各种技术手段实现木质素降解,不仅能够减轻环境污染,还能缓解化石能源紧张,同时制备得到高附加值产品,对国民经济发展具有重要意义.综述了目前常用的木质素降解方法,包括酶解、微生物降解、氧化降解、热解、氢解和水解等,为木质素资源化利用提供了理论基础.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2019(027)004【总页数】5页(P84-88)【关键词】木质素;降解;酚;热解【作者】乔悦;甘洪宇;李响;周慧;庞欣雨;王海英;李金鑫;韩洪晶【作者单位】东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;黑龙江省石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TK6随着经济的快速发展，人类对能源的需求程度越来越大。
目前，世界上大约80%的能源消耗来源于传统化石燃料，大量的消耗导致化石燃料面临枯竭，同时带来了严重的环境污染问题[1]。
木质纤维素生物质水热原位加氢液化机制及产物特性研究
木质纤维素生物质水热原位加氢液化机制及产物特性研究木质纤维素是一种可再生的生物质资源，具有广泛的应用潜力。
将木质纤维素进行水热原位加氢液化可以将其转化为液体燃料、化工原料和高分子材料等有价值的产物。
本文旨在研究木质纤维素水热原位加氢液化机制及产物特性。
水热原位加氢液化是指将木质纤维素在高温高压下与氢气反应，通过热解、水热解和氢解等反应将其转化为液体产物。
在水热条件下，水分子可以通过与木质纤维素中的羟基发生缩合反应形成酸碱催化剂（如H+、OH-），使得纤维素裂解能力增强。
同时，在高温高压的条件下，氢气会与纤维素中的酮基或羰基发生加氢反应，生成醇类化合物。
由于反应条件和催化剂的不同，水热原位加氢液化过程可以得到不同种类和含量的产物。
研究发现，水热原位加氢液化后的产物主要包括液体燃料、酚类化合物、糖类化合物和非挥发物等。
液体燃料主要包括芳香烃和饱和烃，在木质纤维素的裂解过程中形成。
酚类化合物是纤维素水热解产物中的主要组分，主要包括酚、醛、酮和羧酸等。
糖类化合物主要来自于纤维素水解过程中的糖类单体，可以通过后续处理转化为高价值的化学品。
非挥发物是由于反应条件不当或反应过程中的副反应产生的，如颗粒和焦油等。
此外，木质纤维素的水热原位加氢液化过程还受到反应温度、反应时间、催化剂种类和负载剂等因素的影响。
反应温度和反应时间对产物种类和产率具有重要影响。
适当的反应温度和充分的反应时间可以有效提高液化产物的收率和质量，过高或过低的温度和时间会导致产物的分解和副反应的产生。
不同种类和负载剂的催化剂对木质纤维素水热原位加氢液化过程中的反应速率和产物分布有重要影响。
综上所述，木质纤维素的水热原位加氢液化是一种有效的将生物质资源转化为有价值产物的方法。
通过研究其机制及产物特性，可以为水热原位加氢液化过程的优化提供理论和实践的指导。
未来的研究还可以进一步探索反应条件和催化剂的优化，提高产物收率和质量，实现木质纤维素的高效利用。
木质素还原解聚
木质素还原解聚木质素是一种在植物细胞壁中存在的有机化合物，具有很高的化学稳定性和坚固性。
它是由苯骈环和侧链组成的复杂聚合物，是构成木质部的主要成分之一。
然而，在一些特殊的条件下，木质素会发生还原解聚，失去其坚固性和稳定性。
木质素还原解聚是一种不可逆的化学反应，通常发生在高温、高压和强酸环境下。
在这样的条件下，木质素的苯环和侧链会发生断裂，形成一系列低分子量的化合物。
这些化合物具有较低的分子量和较高的活性，可以被微生物或酶类进一步降解和利用。
木质素还原解聚的过程可以用以下步骤来描述：首先，木质素的苯环和侧链发生断裂，形成苯环碎片和短链侧链。
接着，苯环碎片和短链侧链进一步发生断裂和重组，形成更小的分子。
最后，这些小分子可以被微生物或酶类降解，产生能量和有机物。
木质素还原解聚在自然界中起着重要的作用。
它是植物细胞壁降解和有机物循环的关键步骤之一。
通过还原解聚，木质素可以被降解为可被微生物或酶类利用的低分子量化合物，为生态系统提供能量和有机物。
此外，木质素还原解聚也是木材和纤维素的降解过程中的关键步骤，为木材和纤维素的利用提供了基础。
尽管木质素还原解聚在自然界中起着重要的作用，但在工业应用中仍存在一些挑战。
首先，木质素的还原解聚反应需要高温、高压和强酸条件，这对设备和工艺的要求较高。
其次，木质素还原解聚的产物具有较低的分子量和较高的活性，易于挥发和损失。
因此，如何有效地控制木质素的还原解聚反应，提高产物的稳定性和利用率，是目前的研究重点之一。
总的来说，木质素还原解聚是一种重要的化学反应，它在自然界中起着关键的作用。
通过还原解聚，木质素可以被降解为可被微生物或酶类利用的低分子量化合物，为生态系统提供能量和有机物。
尽管在工业应用中存在一些挑战，但通过进一步的研究和技术创新，相信木质素还原解聚的应用前景将会更加广阔。
木质素解聚 催化反应动力学
木质素解聚催化反应动力学英文回答：Lignin depolymerization catalytic reaction kinetics refers to the study of the rate at which lignin is broken down into its constituent components under the influence of a catalyst. Lignin is a complex polymer found in the cell walls of plants and is composed of phenylpropanoid units.It is one of the most abundant natural polymers on Earth and is a major component of lignocellulosic biomass.The depolymerization of lignin is a complex processthat involves the cleavage of various chemical bonds within the polymer structure. This process can be catalyzed by a variety of catalysts, including transition metal ions, enzymes, and acid/base catalysts. The choice of catalyst can significantly impact the reaction kinetics and the selectivity of the depolymerization process.The reaction kinetics of lignin depolymerization can bestudied using various techniques, including spectroscopy, chromatography, and mass spectrometry. These techniquesallow researchers to monitor the changes in the molecular structure of lignin over time and determine the rate at which the depolymerization reaction occurs.The kinetics of lignin depolymerization are influenced by several factors, including the nature of the catalyst, reaction temperature, reaction time, and concentration of reactants. The choice of catalyst is particularly important, as different catalysts can selectively break down specific bonds within the lignin polymer. This selectivity can be used to control the composition of the depolymerization products and tailor them for specific applications.Understanding the kinetics of lignin depolymerizationis crucial for the development of efficient and sustainable lignin valorization processes. By optimizing the reaction conditions and catalyst choice, it is possible to enhance the rate of lignin depolymerization and improve the yieldof valuable depolymerization products. This knowledge can contribute to the development of new lignin-based materials,biofuels, and chemicals, thereby reducing our reliance on fossil resources and promoting a more sustainable bioeconomy.中文回答：木质素解聚的催化反应动力学研究是指在催化剂的作用下，木质素被分解为其组成部分的速率研究。
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第2卷 第2期 新 能 源 迚 展Vol. 2 No. 22014年4月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGYApr. 2014* 收稿日期：2014-02-08 修订日期：2014-4-14基金项目：国家自然科学基釐（51306191，51276183）；国家科技支撑计划（2014BAD02B01）；973项目（2012CB215304） † 通信作者：马隆龙，E-mail ：mall@文章编号：2095-560X （2014）02-0083-06木质素催化解聚与氢解*龙金星，徐 莹，王铁军，张兴华，张 琦，马隆龙†，李宇萍（中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640）摘 要：木质素是自然界中唯一可直接提供芳环的可再生能源。
木质素催化转化制备单酚及烃类等其他重要化学品是其高效综合利用的重要手段。
本文对木质素的基本结构和主要利用方式迚行论述，幵对其催化热解聚和氢解过程的最新研究迚展迚行了详细探讨，对木质素主要化学键——β-O-4键的断裂机理迚行了简述。
在此基础上，总结了当前木质素解聚和氢解过程中的难题，幵对未来的技术収展迚行了展望。
关键词：木质素；解聚；氢解；单酚；烃 中图分类号：TK6 文献标志码：A doi ：10.3969/j.issn.2095-560X.2014.02.001Catalytic Depolymerization and Hydrogenolysis of LigninLONG Jin-xing, XU Ying, WANG Tie-jun, ZHANG Xing-hua,ZHANG Qi, MA Long-long, LI Yu-ping(Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China)Abstract: Lignin is the unique, renewable and natural aromatic polymer. The efficient transformation of lignin into phenolic monomers and other high value-added chemicals such as hydrocarbons has long been regarded as an important comprehensive utilization approach. In this paper, we focused on the basic structure and the main treatment technologies of this aromatic material. The recent progress in the catalytic thermal depolymerization and hydrogenolysis were reviewed intensively. The catalytic mechanism for the degradation of lignin characteristic chemical bond β-O-4 was also given. Furthermore, the current technique challenges were summarized. Moreover, future technologic explorations for the efficient application of lignin were proposed.Key words: lignin; depolymerization; hydrogenolysis; phenolic monomer; hydrocarbon0 引 言木质素（Lignin ）是由多个苯丙烷结构单元（即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构等）组成的一种复杂酚类聚合物，是自然界中唯一能直接提供芳环的可再生资源。
木质素在自然界的含量丰寈（仅次于纤维素）、来源广泛[1,2]。
据文献报道，全球仅造纸行业每年产生的木质素超过5000万t ，然而仅有不到2% 的木质素被用于工业生产[3]，其余大部分被直接燃烧，这在给环境带来重大压力的同时也造成了严重的资源浪费。
同时，木质素分子具有芳香基、甲氧基、酚（醇）羟基、羰基和羧基等多种功能基团和不饱和双键等活性位点，以及与石油相近的C/H 含量比，因此，基于其特殊的化学结构和碳氢比，木质素有望成为生产芳烃、环烷烃、烷烃等高品位生物燃油以及酚类等高附加值芳香类精细化学品的主要可再生原料。
其在聚合物材料、树脂、碳纤维、活性炭和高附加值化学品制备等领域也具备极大的应用潜力[4]。
然而，与生物质中碳水化合物（纤维素、半纤维素）被广泛研究和利用不同的是，木质素分子中致密的网状芳环结构以及复杂化学键合方式，使得其较碳水化合物更难转化，其高碳含量使得其易在酸性催化剂表面积碳，导致催化剂失活，且当前多数解聚产物易重聚，此外，木质素催化解聚机理研究还处84 新能源迚展第2卷于起步阶段，其化学键演变规律尚不清晰。
因此，通过对木质素的内部结构解析及对其内部化学键合方式的认识幵明确其主要化学键的活化与断裂途径，从而指导木质素的定向解聚，对木质素的高效综合利用具有十分重要的意义。
木质素是由C、H、O三种元素组成的一类复杂的具有芳香环结构的天然有机高分子化合物，广泛存在于植物体中，是植物的基本化学组成之一。
它由不同苯丙结构单元随机键合而成（图1），分子具有甲氧基、羟基和羰基等多种功能基团，以及不饱和双键等活性位点[5]。
因此，设计和选择合适的催化剂及反应介质有望实现木质素分子中化学键的选择性活化与断裂，从而高选择性地获得某种或某类特定的目标产物，实现木质素的定向催化转化。
图1 构成木质素的基本结构单元Fig. 1 The basic structural units of lignin1 木质素催化热解聚木质素的解聚方法很多，大体上可分为生物解聚法和化学法[6]。
生物解聚法环保、选择性高，但是解聚速度慢、耗时长、催化剂成本不菲且易失活、对环境要求较高[7]，因而很难适应木质素的大规模工业应用。
相对而言，化学方法更受青睐。
根据木质素解聚所采用的催化剂及反应介质，化学法解聚主要有热裂解、催化氢解、催化氧化、醇解、二氧六环/水解聚、酸解和光解聚等，结合本项目研究的内容，本文对热化学方式和催化氢解的研究现状与最新迚展迚行论述。
1.1 木质素热解热化学方法是木质素催化转化获得单酚等高附加值生物化学品及芳烃、烷烃等生物油的主要方式之一，其包括催化热裂解、催化液化及催化气化等[8]，其中研究最多的是快速热裂解，例如，Nowakowski 等[9]开収的木质素快速热裂解工艺在温度为400℃~ 700℃、停留时间为0.3 ~ 15 s的条件下，采用流化床反应器（fluidized bed）或者气流床反应器（entrained bed），以及连续和间歇式迚样方式可实现30% ~ 50%的液体生物油收率。
国内骆仲泱[10]、应浩[11]等课题组也分别就工业碱木质素的快速热裂解迚行了研究、幵采用TG-FTIR、GC-MS等手段对生物油迚行了分析，収现其主要由含有甲氧基、烷基、羟基等官能团的苯酚和酸、酮类化合物组成。
武书彬等[12]还采用热重分析法和热解气相色谱 质谱联用技术（Py-GC-MS）对工业碱木质素迚行了分段热解研究，収现在450℃下的热解产物以木素大分子的热解构产物为主，例如各种酚类化合物、愈创木基丙酮等酮类化合物及源于木素—碳水化合物复合体的阿魏酸等化合物。
此外，木质素的快速热裂解的机理也得到了广泛的研究，但也存在热解所需温度高、木质素熔点低导致迚料不稳定等不足。
因此，相对温和条件下木质素的酸碱催化解聚制备单酚类化合物的技术近年来受到了广泛的关注。
1.2 酸催化液化木质素结构单元之间的连接方式主要是醚键，约占60% ~ 75%，其中β-O-4型的连接方式最为普遍，占所有连接方式的50%，其它的醚键还有α-O-4型和4-O-5′型等；其次是碳碳键，约占20% ~ 35%，主要是β-β′、β-5′和5-5′等连接方式。
无机酸碱可以催化醚键的断裂，是木质素低温催化解聚的重要催化剂。
江蓉等[13]采用H2SO4为催化剂在乙二醇溶液中实现了木质素的的低温解聚，获得了90%以上的液化率和340 ~ 360 mg KOH/g 的产物羟值。
Shevchenko[14]还采用HI为催化剂，CDCl3为溶剂实现了木质素的催化解聚，幵采用核磁共振的方法获得了产物与木质素结构基本单元之间的关系。
此外，HZSM-5等固体酸也被用于木质素的催化解聚过程，其在体现出良好催化性能的同时，也表现出很高的芳香类产物选择性[6]。
近年来，利用酸性离子液体作为催化剂催化木质素解聚的过程也时有报道，例如，Ekerdt等[15]収现3-甲基咪唑氯盐对于木质素模型化合物中β-O-4化学键的断裂具有很强的催化作用，最近其课题组还采用该离子液体同时作为反应介质和催化剂实现了橡木木质素温和条件下的催化转化[16]。
本课题组[17]前期的研究结果也表明：木质素在乙醇/水混合溶液中可实现高效转化，经磺酸基功能第2期龙釐星等：木质素催化解聚与氢解85化离子液体的催化后，获得了65%以上的木质素液化率和13%以上的单酚收率。
幵就木质素内部结构与产物之间的关联规律及催化过程机理迚行了探讨。
1.3 碱催化液化相对于酸催化剂，碱性催化剂可显著抑制生物质热化学转化过程中焦炭的形成[6]，因此碱催化木质素的解聚也受到了广泛关注。
Thring[18]以NaOH为催化剂，实现了木质素的碱催化解聚，获得了7% ~ 30%的液态产物收率，最优条件下可识别酚类产物的收率为4.4%，其中2.4%为紫丁香醇。
Miller等[19]随后的研究结果表明，木质素的解聚性能与催化剂的碱性密切相关，碱性越强，木质素解聚越完全。
然而，Toledano等[20]最近对木质素解聚的碱催化剂的筛选结果表明，木质素解聚性能不仅与催化剂碱强度相关，还与催化剂自身的性能相关，催化剂的碱性越强，焦炭的选择性越低；然而，生物油的含量及主要组分则主要取决于催化剂自身的性质，譬如K2CO3的碱性不如KOH，但其生物油产率及油品中所含物质的种类均高于KOH，他们认为这主要是由于反应的催化机理不同所致。